清华大学深圳国际研究生院1月18讯：淡水资源短缺是全球面临的一大挑战，随着人口增长失控、气候变化和水污染的加剧，这一挑战在不远的将来可能进一步升级。在现有水循环之外增加淡水供应的迫切需求下，从海水和各类废水等非传统水资源获取淡水的先进水处理技术变得尤为重要。与传统的蒸馏、蒸发、吸附和降解方法相比，先进的膜技术因其低能耗、高效率以及较小的土地占用和碳排放量而备受关注。然而，膜的渗透性和选择性之间的“权衡”效应依然是制约其商业应用的主要障碍，其中渗透性影响水的通量，而选择性则关乎分离过程的净化效果。

近日，清华大学深圳国际研究生院张正华团队巧妙地将膜过滤技术与高级氧化工艺相结合，开发了二维纳米流体Co功能化蛭石（Co@VMT）膜。这种Co@VMT膜展现出了122.4 L·m-2·h-1·bar-1的高透水性，相比于传统的VMT膜（1.1 L·m-2·h-1·bar-1）提高了两个数量级。而且，Co@VMT膜在对各种有机污染物表现出100%的降解效率，并在超过107小时的运行时间内保持了良好的稳定性，即便是在真实水体环境中也能保持这种性能。Co@VMT膜/PMS系统展现的污染物去除机制是基于污染物的直接降解和矿化，这与基于孔径筛分截留机制的VMT膜存在本质上的不同，后者在过滤过程中将污染物富集在膜浓缩液中。此外，Co@VMT 膜/PMS系统还保证了出水水质的安全无毒。这项研究为开发多功能纳米流体催化膜提供了一个通用设计蓝图，有望有效克服水处理过程中长期存在的膜渗透性与选择性的“权衡”效应。

原理示意图

该研究工作以“2D Co功能化蛭石膜用于突破膜法水处理渗透性与选择性的“权衡”效应”（Overcoming the permeability-selectivity challenge in water purification using two-dimensional cobalt-functionalized vermiculite membrane）为题，在线发表在国际期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上。

清华大学深圳国际研究生院张正华副教授为论文通讯作者，清华大学深圳国际研究生院为第一单位，张正华课题组研究助理田梦涛为论文第一作者。本工作得到国家自然科学基金项目、深圳市基础研究计划项目等项目的资助。

论文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-024-44699-0