8月19日，從南京大學傳出消息，該校高冠道教授課題組開發了一種自清潔壓電陶瓷濾膜(PiezoMem)，創建了一種利用膜過程中固有水壓驅動壓電陶瓷濾膜產生壓電電壓并用于免溶劑清洗膜污染的方法，實現了膜分離過程與抗膜污染過程的統一，為應對典型膜分離技術面臨的共性挑戰提供了新策略。
高冠道表示，PiezoMem的膜分離過程即是抗污染的過程，相較于傳統的膜污染清洗工藝，無需停工停產的膜清洗工段、不需要使用化學清洗劑及相關的設備等。該研究發現的壓電陶瓷濾膜及活性氧物種(ROS)+介電泳力(DEP)聯合抗膜污染機制可為普適性的自清潔材料設計和應用提供有力的支撐。
據介紹，壓力驅動的膜分離技術具有分離效率高、占地面積小和可模塊化設計等優點，已廣泛應用于農藥、醫藥、石油化工、精細化工、印染、食品生產和水處理等領域。然而膜分離應用過程中不可避免地會產生膜污染，在用于水質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發展和應用的阿喀琉斯之踵。
壓電材料能將機械能轉化為電能，而且壓力膜過程中固有約0.5～100巴的操作壓力。這為利用其固有壓力誘導壓電材料產生伏級別的電壓提供了條件。基于此，研究團隊精準設計和制備了具有水壓響應的PiezoMem。PiezoMem與傳統水處理陶瓷膜有著相似的孔結構及分離性能，更重要的是能在外力刺激下輸出伏級別的壓電電壓，為電抗膜污染提供了可能。
抗膜污染實驗表明，在死端過濾操作模式下，針對含油廢水PiezoMem較non-PiezoMem抗污能力提高70倍以上，而且對有機物、油類、蛋白質、微生物以及真實垃圾滲濾液均展示出了普適性抗膜污染特性和抗沖擊污染的潛力。研究團隊進一步揭示出PiezoMem可將周期性的脈沖水壓原位轉化為相應的電流和快速的電壓震蕩，進而在膜表面及孔內誘導形成了不均勻高強脈沖電場和羥基自由基等ROS。隨后ROS可通過氧化作用，減少了微生物在膜表面的粘附。而不均勻高強脈沖電場能與膜表面的顆粒物形成DEP，并排斥顆粒物遠離膜表面完成膜自清潔的過程。
高冠道介紹，從家用設備(陶瓷馬桶、洗衣機)到醫療衛生材料(醫用導管)和工業裝備(輪船、流體管道)等均涉及脈動壓力。這為利用環境中固有的液壓作為驅動力原位產電并用于抗污、防腐、消毒提供了豐富的應用場景。
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