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11
2026
-
07
AFM: 冰模板“刻”出抗污染膜，可调纳米孔与仿生结构协同提升水处理性能
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背景
膜分离技术因其低能耗、*率和易集成等优势，已成为水处理与资源回收中的核心手段。然而，膜污染始终是制约其长期稳定运行的关键瓶颈。污染物在膜表面和孔道内的沉积不仅导致通量下降，还会缩短膜寿命并增加运行成本。近年来，通过在膜表面引入规则结构以增强局部流体扰动、提升剪切力，被证明是一种有效的抗污染策略。但现有方法往往难以兼顾“表面结构可设计”与“纳米孔结构可调控”：要么图案只能出现在非选择层，要么制备过程复杂且难以规模化，同时孔径调控能力有限。因此，发展一种简单、*且可同时实现结构与孔道*调控的膜制备方法，成为该领域的重要需求。
创新
近日，华中科技大学黄亮教授团队提出了一种冰限域相分离（IC-PS）策略，通过“冰模板+瞬时相分离”的耦合机制，实现了膜选择层中纳米孔结构与表面图案的同步构筑。具体而言，将聚合物溶液浇铸于具有特定图案的冰表面，冰的快速融化触发相分离过程，使膜在形成纳米孔结构的同时*复制冰的表面形貌。这一方法具有两大核心优势：一方面，通过调控溶液温度，可实现孔径在36–92 nm范围内的连续可调；另一方面，冰模板赋予膜表面高度可设计的微结构，如指纹、荷叶或鱼鳞等仿生图案，且复制精度高。更重要的是，这种结构并未牺牲分离性能，反而通过增加有效面积与优化流体行为，实现通量与抗污染性能的同步提升。
意义
得益于独特的表面结构与纳米孔协同设计，该膜在保持相似截留率的同时，纯水通量提升约79%，并在长时间循环污染测试中表现出更低的通量衰减和更高的通量恢复率。数值模拟进一步表明，表面图案诱导的局部涡流和增强剪切力能够有效抑制污染物沉积，从机制上解释了其优异的抗污染性能。更为重要的是，该方法具有良好的通用性，可适用于多种膜材料体系，并具备向纳滤和反渗透膜拓展的潜力。这一“冰模板驱动”的结构调控策略，为高性能抗污染膜的设计提供了全新思路，有望推动膜分离技术在水处理与资源回收领域的可持续发展。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/3aec3i5mWdHhB1q7Kr8TTg
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