在海水淡化用分離膜領域，為進一步提高膜的脫鹽效率和產水率，課題組分別研究了雙疏型蒸餾用膜和高效界面光熱轉換膜。針對膜蒸餾技術中，單一疏水型聚合物膜容易被含有機溶劑或表面活性劑的原料液潤濕，進而導致膜污染和截鹽率下降的問題，課題組巧妙利用NIPS法制膜過程中易于得到的互穿網絡膜孔結構提供構建雙疏表面的倒懸結構。獲得的疏水疏油聚砜膜對水和有機溶劑均表現出抗浸潤性，延長膜蒸餾使用周期（見圖1）。

圖1雙疏型聚砜膜的形貌、浸潤性與膜蒸餾性能

該研究成果發表于膜領域top期刊Journal of Membrane Science，第一作者為碩士生范慧琴。

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https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.117933

界面光熱轉換膜可利用太陽能作為加熱源，實現對海水的蒸發收集。其中提高光熱轉換界面層的光熱轉換效率是提高水蒸發速率的關鍵。課題組將還原氧化石墨烯（rGO）包覆的聚苯乙烯微球沉積于聚砜膜表面，構建具有高度粗糙結構的rGO吸光層，進一步提高了膜表面對太陽光的吸收效率（96%），水蒸發速率可提高至1.86 kg m^-2h^-1，見圖2。

圖2 rGO/PS/PSf光熱轉換膜實現水蒸發速率提升

相關工作已發表于Chemical Engineering Journal（IF 10.65），第一作者為碩士生范慧琴。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.128798

課題組在超浸潤分離與吸附材料領域發展了水下超疏油PVDF膜、Janus石墨烯氣凝膠和氣體二極管膜等。基于多巴胺的貽貝仿生粘附特性和殼聚糖的優異親水及染料吸附性質，通過絡氨酸酶催化下的一步協同共沉積法構筑得到水下超疏油的PVDF微濾/超濾膜，展現出優異的油水分離及超低油污損性能，并實現原位的陰離子染料選擇性吸附，如圖3所示。

圖3超浸潤PVDF膜的制備路線

相關工作發表于期刊Chemical Engineering Journal（IF 10.65）。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2019.03.089

受荷葉等具有非對稱超浸潤性材料啟發，以氧化石墨烯（GO）和聚乙烯醇(PVA)為構筑單元制得新型的Janus GO/PVA氣凝膠；該氣凝膠可實現不同種類高度穩定化乳液的可控按需分離；在重力驅動下，即可獲得高分離通量和高選擇性，分離性能遠優于傳統商業聚合物膜，見圖4。

圖4 Janus石墨烯基氣凝膠油水乳液分離效率

相關研究成果發表于期刊ACS Applied Materials & Interfaces，第一作者為碩士生李玉珍。

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https://doi.org/10.1021/acsami.9b11277

考慮將Janus分離材料用于氣體分離領域，制備出可用于化學反應過程耦合的Janus聚合物膜。該Janus膜兩側表現出對氣泡明顯不同的浸潤行為，并具有對氣泡的單向透過性，可將其用于產氣液相反應與耗氣液相反應的耦合，例如將Janus膜連接產生CO₂的反應與消耗CO₂的反應，可實現溫室氣體的原位消耗與轉換。相關研究成果發表于期刊Journal of Colloid and Interface Science。

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https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.08.105

此前，課題組還提出一種窄孔徑分布的、雙連續均孔膜的制備方法。良好的孔道貫穿性和致密皮層的缺失有利于提高滲透性；而均一的納米級膜孔結構有利于提高選擇透過性。相關研究成果發表于期刊Separation and Purification Technology。

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https://doi.org/10.1016/j.seppur.2019.115693

以上研究得到國家自然科學基金（51803105, 51703113, 51703111）和山東省自然科學基金（ZR2019QEM002，ZR2017BEM039，ZR2017BEM011）的資助支持。

來源：青島科技大學

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