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09
2026
-
05
AFM: 给膜“加电”，电响应MXene复合膜实现抗污染分离
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背景
染料废水广泛来源于纺织、印染等行业，具有成分复杂、稳定性高、难降解等特点，传统处理方法往往效率有限且成本较高。膜分离技术因其*、连续运行等优势，被认为是理想解决方案，但始终面临一个核心问题：污染导致性能快速衰减。尽管通过表面改性或结构优化可以一定程度缓解污染，但这些“被动策略”往往难以长期维持效果。近年来，引入外场（如电场）调控膜界面行为成为新方向，但如何同时实现高通量、高选择性与抗污染能力的协同提升，仍是关键挑战。
创新
近日，浙江师范大学申利国教授团队采用“电场耦合导电异质膜策略”，通过结构设计与外场调控协同优化分离性能：
导电通道构建：以MXene为主体构建高导电层状结构，实现电场有效传导；
功能异质界面设计：引入PEI@Co-C₃N₄，提供高密度正电荷与可调电子结构；
共价耦合增强稳定性：通过化学键连接两组分，避免传统复合膜中填料脱落与界面缺陷；
电场响应调控机制：电场作用下界面电荷重分布；增强对带电染料的静电排斥；促进污染物脱附；
传输–分离–抗污染协同优化：
高通量：785.94 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹（提升约18倍）；
高选择性：染料截留率≥99%；
强抗污染：通量恢复率>86%；
真实水体系验证：在实际水体（如河水、湖水）中仍保持稳定*分离；
机制多尺度解析：结合XDLVO理论、分子动力学与DFT揭示电场调控本质。
意义
该工作突破了传统膜“被动分离”的设计范式，将外加电场引入膜系统，实现对界面性质与传输行为的动态调控。相比静态结构优化，这种“可调控膜”能够在运行过程中持续维持*分离与抗污染能力。更重要的是，该研究通过导电材料与功能界面的协同设计，实现了电荷传输与分离功能的深度耦合，为智能膜材料的发展提供了新思路。同时，其良好的可扩展性也为工业应用奠定了基础。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/GWi0o43nw1Rl9NbZttbsqg
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