近日，南京大學環(huán)境學院環(huán)境功能材料及水污染控制團隊高冠道教授課題組開發(fā)了一種自清潔壓電陶瓷濾膜(PiezoMem)，創(chuàng)建了一種利用膜過程中固有水壓驅(qū)動壓電陶瓷濾膜產(chǎn)生壓電電壓并用于免溶劑清洗膜污染的方法，實現(xiàn)了膜分離過程與抗膜污染過程的統(tǒng)一，為典型膜分離技術(shù)面臨的共性挑戰(zhàn)提供了新策略。研究成果以“Pulsed hydraulic pressure responsive self-cleaning membrane”為題于2022年8月3日發(fā)表在 《Nature》上。論文通訊作者為環(huán)境學院高冠道教授，第一作者為博士生趙陽。合作者包括環(huán)境學院博士生谷玉娜、碩士生劉斌和單超副教授，現(xiàn)代工程與應用科學學院碩士生嚴宇杰、博士生郭健和張善濤教授，哈佛大學Chad D. Vecitis教授。南京大學為論文第一作者單位和通訊單位。
壓力驅(qū)動的膜分離技術(shù)具有分離效率高、占地面積小和可模塊化設(shè)計等優(yōu)點，已廣泛應用于農(nóng)藥、醫(yī)藥、石油化工、精細化工、印染、食品生產(chǎn)和水處理等領(lǐng)域。然而膜分離應用過程中不可避免地會產(chǎn)生膜污染，在用于水質(zhì)復雜的廢水處理過程中時膜污染問題尤其突出，這已成為限制膜科學及技術(shù)發(fā)展和應用的"阿喀琉斯"之痛。目前報道的膜污染控制策略大多數(shù)涉及膜材料表面的靜態(tài)改性，如賦予膜表面超親水涂層以減少膜垢附著在膜表面及膜孔內(nèi)部的能力。然而這些靜態(tài)表面改性只能減緩膜污染的進程，在較長時間使用后膜仍會被逐步污染，之后需要使用水或者化學清洗劑進行密集清洗來恢復膜通量。
針對上述挑戰(zhàn)，近年來高冠道教授課題組率先研發(fā)了導電濾膜，并提出了集過濾和電化學功能為一體的“電過濾”式廢水處理新概念,揭示了“電過濾”技術(shù)去除附著在膜表面及孔內(nèi)的有機污染物以及微生物的特性和機理，這為有效減緩膜污染提供了新方法。“電過濾”雖能有效抗污，但仍需要引入導電膜并需外加電源及相關(guān)裝備等，這使膜處理過程復雜化了。
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