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江苏大学丁建宁教授团队在多孔反渗透膜领域取得了突破性进展
江苏大学机械工程学院/智能柔性机械电子研究院 / 时间:2020-08-20 22:49:42

江苏大学机械工程学院8月20日讯:近日,江苏大学、江苏省光伏科学与工程协同创新中心和美国加州大学伯克利分校合作,在多孔反渗透膜领域取得了突破性进展。基于边界滑移理论提出了“时间维度选择性”(temporal selectivity)概念,突破了传统反渗透膜选择性和渗透性的相互制约,将有可能为解决全球淡水资源危机提供重要途径。该成果于2020年8月19日在线发表于国际著名学术期刊《科学进展》(Science Advances)杂志。

传统的膜渗透-分离技术受到了选择性和渗透性相互制约,难以保证高选择性的同时,获取高渗透性。虽然单层石墨烯由于其优异的力学性能和超薄特性(~ 0。34 nm),使其在近十年中引起了诸多膜科学领域学者们的兴趣,但纳米孔尺寸(直径小于0。9 nm)的限制依然无法突破选择性和渗透性的权衡。更重要的是,在单层石墨烯上制备如此微小的均匀纳米孔阵列,在实验中仍然难以实现。丁建宁教授团队创新性地利用带有大孔(直径2 – 4 nm,远大于水合离子直径)的旋转多孔石墨烯薄膜实施反渗透滤盐,实现了接近100%的离子截留率和超高渗透率,比已有的新型商业滤盐反渗透膜高2-3个数量级。

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该成果从理论上提出了“时间维度选择性”(或“四维筛选”)概念。简单来说,当水合离子切向滑过微孔的时间小于其法向通过微孔的时间时,离子则被截留在供给端。“四维筛选”巧妙利用了时间维度进行了离子筛选,一定程度上突破了微孔特征尺寸对选择性-渗透性的相互制约。并且,在石墨烯上制备均匀的2 – 4 nm微孔已经有实验成果报道,所提出的旋转多孔石墨烯离心机模型在尺度放大(scaling up)方面具有充分的可行性。在不久的将来,旋转的多孔石墨烯离心机将可能替代传统的多孔反渗透膜,在海水淡化、农业灌溉和水处理等领域发挥巨大作用,进而为解决全球淡水资源危机提供重要途径。

江苏大学智能柔性机械电子研究院、江苏省光伏科学与工程协同创新中心丁建宁教授团队和美国加州大学伯克利分校土木与环境系的李少凡教授团队、米宝霞教授团队合作完成了该项研究工作。团队骨干张忠强教授为第一作者,丁建宁教授、李少凡教授为共同通讯作者。项目得到了国家自然科学基金项目的资助。


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