近日，我院教授、城市水资源与水环境国家重点实验室成员邵路团队提出采用螯合导向界面温和矿化策略合成具有催化活性的金属氧化物矿化原位自清洁膜。近日，相关论文以《鳌合导向界面工程制备原位自清洁膜》（Chelation-directed interface engineering of in-place self-cleaning membranes）为题发表在《美国科学院院刊》（PNAS）上，为实际水修复应用及材料科学、纳米技术、催化、生物医学等领域提供广阔应用前景。
预计到2050年，水资源短缺问题将严重威胁人类生存和发展。膜分离作为低碳环保新技术在饮用水处理、废水处理及资源化利用等领域具有巨大应用潜力。然而，传统的膜工艺受到普遍存在的膜污染严重阻碍，并需要能量/成本密集型的清洁维护。常规制备方法大多需要在加热、强氧化剂或强酸环境条件下进行，且沉积的涂层较厚容易堵塞膜孔，降低膜渗透性。因此，在温和条件下合成构建催化自清洁超薄纳米涂层极具挑战。
针对此难题，邵路教授团队提出螯合导向界面温和矿化策略，对矿物前驱体在中间层鳌合作用介导下进行可控温和水解，运用金属-多酚离子交联网络鳌合作用可温和介导金属氧化物矿化生长，在室温弱碱水溶液中构筑自清洁分离膜。该研究中的螯合导向矿化纳米涂层非常薄（约18纳米），表现出超亲水性、高极性和对原油的超低粘附性，使水包油乳液循环分离成为可能。在错流过滤时，原位再生后通量恢复率超过99.9%，缓解了传统的非原位清洗需求。与对照膜和简单的水力清洁相比，螯合导向矿化改性膜的原位自清洁再生品质分别是其48倍和6.8倍。此外，团队通过密度泛函理论计算和多重波函数作用分析了前驱体相互作用机制，揭示了鳌合导向矿化的可能机制。
哈工大为论文第一通讯单位。哈工大化工与化学学院杨晓彬副教授为论文第一作者。化工与化学学院白永平教授、博士研究生李阳雪、本科生关敬柱、硕士研究生温雅洁，哈工大威海校区闫琳琳老师，龙江环保集团吴丹博士，南非大学贝基•曼巴院士参与相关研究工作。
该研究工作获国家自然科学基金、“博新计划”项目等资助。
