江蘇大學丁建寧團隊突破了傳統反滲透膜選擇性和滲透性的相互制約

2020-08-31 小材科研

近日，江蘇大學、江蘇省光伏科學與工程協同創新中心和美國加州大學伯克利分校合作，在多孔反滲透膜領域取得了突破性進展。研究主要基於邊界滑移理論提出了「時間維度選擇性」（temporalselectivity）概念，突破了傳統反滲透膜選擇性和滲透性的相互制約，將有可能為解決全球淡水資源危機提供重要途徑。該成果於2020年8月19日在線發表於國際著名學術期刊《科學進展》（Science Advances）雜誌。

傳統的膜滲透-分離技術受到了選擇性和滲透性相互制約，難以保證高選擇性的同時，獲取高滲透性。雖然單層石墨烯由於其優異的力學性能和超薄特性（~0.34nm），使其在近十年中引起了諸多膜科學領域學者的興趣，但納米孔尺寸（直徑小於0.9nm）的限制依然無法突破選擇性和滲透性的權衡。更重要的是，在單層石墨烯上製備如此微小的均勻納米孔陣列，在實驗中仍然難以實現。

丁建寧團隊創新性地利用帶有大孔（直徑2-4nm，遠大於水合離子直徑）的旋轉多孔石墨烯薄膜實施反滲透濾鹽，實現了接近100%的離子截留率和超高滲透率，比已有的新型商業濾鹽反滲透膜高2-3個數量級。

該成果從理論上提出了「時間維度選擇性」（或「四維篩選」）概念，巧妙利用了時間維度進行了離子篩選，一定程度上突破了微孔特徵尺寸對選擇性-滲透性的相互制約。並且，在石墨烯上製備均勻的2– 4nm微孔已經有實驗成果報導，所提出的旋轉多孔石墨烯離心機模型在尺度放大（scalingup）方面具有充分的可行性。在不久的將來，旋轉的多孔石墨烯離心機將可能替代傳統的多孔反滲透膜，在海水淡化、農業灌溉和水處理等領域發揮巨大作用，進而為解決全球淡水資源危機提供重要途徑。

丁建寧團隊和美國加州大學伯克利分校李少凡團隊、米寶霞團隊合作完成了該項研究工作。團隊骨幹張忠強教授為第一作者，丁建寧、李少凡為共同通訊作者。項目得到了國家自然科學基金項目的資助。

來源：江蘇大學

原文連結：

https://advances.sciencemag.org/content/6/34/eaba9471

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