清華新聞網(wǎng)1月19日電 淡水資源短缺是全球面臨的一大挑戰(zhàn)，隨著人口增長(zhǎng)失控、氣候變化和水污染的加劇，這一挑戰(zhàn)在不遠(yuǎn)的將來(lái)可能進(jìn)一步升級(jí)。在現(xiàn)有水循環(huán)之外增加淡水供應(yīng)的迫切需求下，從海水和各類(lèi)廢水等非傳統(tǒng)水資源中獲取淡水的先進(jìn)水處理技術(shù)變得尤為重要。與傳統(tǒng)的蒸餾、蒸發(fā)、吸附和降解方法相比，先進(jìn)的膜技術(shù)因其低能耗、高效率以及較小的土地占用和碳排放量而備受關(guān)注。然而，膜的滲透性和選擇性之間的“權(quán)衡”效應(yīng)依然是制約其商業(yè)應(yīng)用的主要障礙，其中滲透性影響水的通量，而選擇性則關(guān)乎分離過(guò)程的凈化效果。
近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院張正華副教授課題組巧妙地將膜過(guò)濾技術(shù)與高級(jí)氧化工藝相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了二維納米流體Co功能化蛭石（Co@VMT）膜。這種Co@VMT膜展現(xiàn)出了122.4L·m-2·h-1·bar-1的高透水性，相比于傳統(tǒng)的VMT膜（1.1 L·m-2·h-1·bar-1）提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。而且，Co@VMT膜對(duì)各種有機(jī)污染物表現(xiàn)出100%的降解效率，并在超過(guò)107小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)保持了良好的穩(wěn)定性，即便是在真實(shí)水體環(huán)境中也能保持這種性能。Co@VMT膜/PMS系統(tǒng)展現(xiàn)的污染物去除機(jī)制是基于污染物的直接降解和礦化，這與基于孔徑篩分截留機(jī)制的VMT膜存在本質(zhì)上的不同，后者在過(guò)濾過(guò)程中將污染物富集在膜濃縮液中。此外，Co@VMT膜/PMS系統(tǒng)還保證了出水水質(zhì)的安全無(wú)毒。這項(xiàng)研究為開(kāi)發(fā)多功能納米流體催化膜提供了一個(gè)通用設(shè)計(jì)藍(lán)圖，有望有效克服水處理過(guò)程中長(zhǎng)期存在的膜滲透性與選擇性的“權(quán)衡”效應(yīng)。
原理示意圖
該研究以“2D Co功能化蛭石膜用于突破膜法水處理滲透性與選擇性的‘權(quán)衡’效應(yīng)”（Overcoming the permeability-selectivity challenge in water purification using two-dimensional cobalt-functionalized vermiculite membrane）為題，在線(xiàn)發(fā)表在《自然·通訊》（Nature Communications）上。
張正華為論文通訊作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院為第一單位，張正華課題組研究助理田夢(mèng)濤為論文第一作者。研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-44699-0
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：李華山
審核：郭玲
