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【導讀】

通過膜改性策略（Membrane modification strategies）可以提高防污性能，其中大部分涉及永久性材料改性，如超親水表面涂層，以降低污垢粘附或吸附到膜上的趨勢。然而，這些靜態修改只會降低結垢率，導致會自行結垢并需要深入清潔。這些靜態修改的替代方法是使用外部刺激響應材料作為表面涂層或膜本身，因為刺激響應材料可對膜特性（如表面電荷）進行原位實時修改，以降低污染率，并可能具有逆轉膜污染的潛力。關于刺激響應膜材料，大多數研究都集中在電位和電磁輻射作為獨立驅動力，但需要進一步的外部刺激源，增加了復雜性。此外，利用由壓電材料制成的壓力刺激響應膜可以誘導電活性防污響應。由于液壓（>0.1?MPa）是膜工藝的主要內在驅動力，該壓力可同時在壓電膜中產生電活性防污效果（d_33?=?2-600?pC?N^-1）。通過構建用于原位污染緩解的刺激響應膜，而無需進一步的外部驅動力或更多的清潔劑。但是，其面臨的關鍵挑戰是膜污染，同時結垢降低滲透通量或增加壓力要求來限制膜性能，導致更高的能源運行和維護成本。

【成果掠影】

在2022年8月3日，南京大學高冠道教授（通訊作者）等人報道了一種液壓壓力響應膜（hydraulic-pressure-responsive membrane, PiezoMem），其可以將壓力脈沖轉化為電活性響應，從而實現原位自清潔。跨膜的瞬時液壓波動導致電流脈沖和快速電壓振蕩（峰值，+5.0/-3.2?V）的產生，能夠降解和排斥污垢，無需補充化學清潔劑、二次廢物處理或進一步的外部刺激。此外，PiezoMem通過產生活性氧（ROS）和介電泳排斥，對一系列膜污染物質（包括有機分子、油滴、蛋白質、細菌和無機膠體）顯示出廣譜防污作用。研究成果以題為“Pulsed hydraulic-pressure-responsive self-cleaning membrane”發布在國際著名期刊Nature上。

【數據概覽】

圖一、MnO/BTO晶粒和膜的壓電和微觀結構和形態表征?2022 Springer Nature Limited

圖二、液壓引起壓電效應和減少結垢?2022 Springer Nature Limited

圖三、PiezoMem防污性能?2022 Springer Nature Limited

圖四、膜自潔機理?2022 Springer Nature Limited

【成果啟示】

總之，PiezoMem將液壓驅動壓力中的周期性瞬態零脈沖轉換為相應的電流脈沖和快速電壓振蕩，分別產生近表面活性氧和介電泳力。這些電活性現象產生了一種通用的防污工藝，可有效處理各種污垢類別，包括蛋白質、正/中性/負膠體、有機分子、油滴和微生物。此外，這里展示的壓力刺激響應型防污策略具有廣泛的應用潛力。

文獻鏈接：Pulsed hydraulic-pressure-responsive self-cleaning membrane. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04942-4.

本文由CQR編譯。

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