先進分離膜可實現低碳水處理和可持續的能源-水系統。其中，具有高分離效率及滲透性的超微濾膜在飲用水凈化、工業廢水處理與回用和海水預處理領域廣泛應用。然而，分離膜及集成模塊易受到污染物侵襲和液壓沖擊，影響膜組件和設備的分離效率和持久運行。膜表/界面改性（涂敷、接枝、層層自組裝等）可以通過構建功能性防污層來緩解這一問題，但仍然存在涂層穩定性差和難以擴大規模等局限性。共混改性可以通過加入添加劑（親水添加劑、納米顆粒和兩性離子聚合物）來提高分離膜性能，但容易出現團聚現象。因此，合成兼具優異耐受性和抗污染能力的高效水處理膜挑戰性極高！
針對上述難題，哈爾濱工業大學邵路教授團隊受自然界生物礦化過程的啟發，提出了一種異相界面工程，利用原位耦合功能化策略在兩相（溶劑相/非溶劑相）界面調控分離膜的礦化過程，合成具有優異抗污染性能和超強耐用的礦化膜（圖1）。礦化膜表現出優異的抗污染性能（通量恢復率可達99%）和模量（與對照樣相比提高4.1倍）。該研究提出的異相界面工程為一步制備仿生礦化功能材料提供了一種簡單、溫和的方法。
相關研究成果以“異相界面工程制備超強仿生礦化膜”（Ultrarobust biomimetic mineralized membranes via heterophase interface engineering）為題發表在Matter上。
圖1、超強仿生礦化膜合成制備示意圖
該工作使用單寧酸作為其中一種有機質調控界面礦化過程用于制備超強和優異抗污染性能的礦化膜。礦化膜在多次循環過濾過程中仍能保持優異的抗污染性能。通過分子動力學模擬分析了兩相界面處的礦化機制，凝固浴（非溶劑相）中的單寧酸和磷酸根與鑄膜液（溶劑相）中的銅離子同時向兩相界面處移動，在界面處金屬離子作為礦化的成核位點，與磷酸根結合形成礦物，單寧酸與金屬離子螯合并進一步調控礦化過程，得到有機-無機礦化功能層（圖2）。此外，通過改變有機質和金屬離子的種類，可以得到具有不同功能（催化降解，光熱轉化）的礦化膜。本研究提出的異相界面工程有望在催化和太陽能海水淡化領域有廣闊的應用前景。
圖2、異相界面工程的分子動力學模擬分析圖及仿生礦化膜表面形貌
哈工大為論文第一通訊單位，哈工大博士生李陽雪為論文第一作者，哈爾濱工業大學楊曉彬副教授、姜旭博士、邵路教授等為共同通訊作者，本工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和中央高效基本科研業務費等項目資助。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238525004655
邵路教授主頁：http://homepage.hit.edu.cn/shaolu?lang=zh
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下載：論文原文。
- 哈工大（威海）程喜全團隊CEJ：高效水處理聚酰胺納濾膜的精細孔徑調節 2021-03-24
