研究內容

1. 具有雙 Li?傳輸通道的冠醚調控納濾膜用于鹽湖鹵水Mg2?/Li?分離

近日，課題組在納濾膜提鋰領域取得進展，相關成果以“Bilayer crown ether-engineered nanofiltration membranes with dual Li+ transport channels for ultra-high Mg2+/Li+ separation from saline lake brines”發表在國際環境領域權威期刊《Water Research》（Nature Index），成都理工大學為第一單位。

針對鹽湖提鋰鎂鋰分離的難題，論文報道了一種結合苯并-15-冠-5醚（B15C5）的雙重界面聚合策略，制備了雙層層級結構Li?傳輸通道的納濾膜。通過二次界面聚合條件優化并協同B15C5功能化后，該膜不僅保持了穩定的水通量（8.2 L·m?2·h?1·bar?1）和優異的Mg2?截留率（> 99%），且鋰鎂分離因子（SLi, Mg）高達57.2。在中國察爾汗鹽湖真實鹵水分離測試中，經過兩級分離工藝，新型膜可將初始鹵水的Mg2?/Li?比從928.6降至1.9，鋰富集倍數達到488.7倍。論文還通過X射線光電子能譜深度刻蝕和飛行時間二次離子質譜解析了膜的空間結構；采用密度泛函理論計算和靜態擴散實驗驗證了經冠醚調控后膜顯著強化Li?滲透能力的機制。該項工作為設計離子選擇性膜建立了分子尺度的范例，有望解決高鎂鋰比鹵水提鋰的關鍵挑戰。

課題組碩士研究生劉科為第一作者，曾廣勇副教授、四川大學伊守亮教授為通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123924

2. “靜電偏析”驅動納米材料定向遷移，“納米富集”顯著強化膜抗污染性能

近日，課題組在膜抗污染領域取得進展，相關成果以“Electrostatically enhanced surface segregation boosts anti-fouling performance of mixed matrix membranes”發表在國際膜分離領域權威期刊《Journal of Membrane Science》，成都理工大學為第一單位。

近年來，通過將親水性納米材料摻雜到聚合物基體中制備混合基質膜，成為提升抗污染性能的重要策略，但納米材料與聚合物基體間的相容性問題往往導致膜內裂縫、孔道堵塞及基體僵化等缺陷。基于此，論文探討了一種通過“靜電強化表面偏析”實現MXene納米片在聚合物基膜中的定向遷移，從而在膜表面構建高效的抗污染層的策略。通過將氨基化后帶正電的MXene@PEI納米片和帶負電荷的PAA分子分別引入聚合物鑄膜液和凝固浴中，采用NIPS法制備出新型MXene@PEI-PAA/PVDF混合基質膜，結果表明，最佳膜具有優異的抗污染性能，在對腐殖酸和牛血清白蛋白的多個循環分離后，膜的通量恢復率均超過95%。通過分子動力學揭示了表面偏析過程的成膜機制以及膜抗污染機理。該策略有效克服了納米材料在膜基體中的分散和遷移難題，為抗污染膜的制備提供了新思路。

課題組碩士研究生林清泉為第一作者（現上海交通大學博士在讀），曾廣勇副教授、向原研究員、中科院過程所羅建泉研究員為通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.124036

3. 抗生物污染反滲透膜：抗菌&抗粘附“雙管齊下”

近日，課題組在反滲透膜抗污染領域取得進展，相關成果以“Dual-Functional Reverse Osmosis Membranes: A Novel Approach to Combat Biofouling with Enhanced Antibacterial and Antiadhesion Properties”發表在國際膜分離領域權威期刊《Journal of Membrane Science》，成都理工大學為第一單位。

由膜污染導致的能耗和操作成本的增加是反滲透膜在實際應用中面臨的主要挑戰。研究表明，反滲透膜的污染是由有機物吸附、無機物沉積和菌體生長共同作用的結果。其中，生物污染的占比約為45%，且危害性最強、最難消除。全球每年用于處理反滲透膜生物污染的費用高達150億，占膜應用成本的30%。

針對此，論文采用簡便的氧化還原聚合方法在反滲透膜上同時接枝離子液體單體和磺酸基單體，借助離子液體基團優良的抗菌活性和磺酸基團良好的水合能力，構建同時具有抗菌和抗粘附能力的雙功能反滲透膜。結果表明，新型膜在不折損鹽截留率的同時，滲透通量提升13%左右，且對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的殺菌率（98.2%和96.1%）顯著優于原膜。與此同時，該膜對水處理領域中常見的三種模型污染物：牛血清白蛋白、腐殖酸和海藻酸鈉也表現出良好的抗污染能力，經過10小時的連續過濾實驗，對BSA和HA溶液的滲透通量下降率僅為7%左右，對SA溶液的滲透通量下降率為14%，具有優異的長效穩定性。

課題組碩士研究生郎明嬌為第一作者，曾廣勇副教授、中科院過程所陳向榮副研究員為通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2025.123699

4. 多級超濾膜集成技術實現酸解液中低分子量右旋糖酐的高效分級純化

近日，課題組在多糖的分離與純化領域取得進展，相關成果以“Multi-membrane Integrated Ultrafiltration Process for Fractionation and Purification of Low Molecular-Weight Dextrans from acidic Hydrolysate”發表在國際化工領域三大刊之一的《Chemical Engineering Science》，成都理工大學為第一單位。

右旋糖酐是一種由葡萄糖單元通過α-1,6-糖苷鍵連接而成的線性多糖，具有多種生物活性。傳統乙醇沉淀法和層析法存在效率低、成本高和環境負擔重等問題。現有超濾技術則受限于膜孔徑分布不均、多糖分子構象復雜以及膜污染等問題。基于此，課題組與中科院過程所生物分離膜工程團隊展開合作，開發了一種多膜串級篩分工藝實現了右旋糖酐酸解液中低分子量組分的高效分離。結果表明：兩種超濾膜三級處理酸解液中連續分布的右旋糖酐混合物時，分別獲得分子量為45.4、16.7和6.3 kDa的右旋糖酐，純度和收率分別在99%和80%以上。其中，6.3 kDa的微分子量右旋糖酐組分多分散系數達到1.4（高于色譜標準品的品質）。最后，采用0.3 m2的1812卷式膜組件進行放大驗證后，分離性能與小試水平一致。該工作為膜技術生產低分子量右旋糖酐的產業化應用提供了技術基礎。

課題組碩士研究生鄭滸為第一作者，曾廣勇副教授、中科院過程所樊榮研究員為通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2025.121568

5. MOFs偏析至膜表面促降解，超濾耦合PMS跨界高效去除抗生素

近日，課題組在膜分離耦合技術開發領域取得進展，相關成果以“Enhancing antibiotic removal of mixed matrix membranes through electrostatic surface segregation of MIL-101(Fe) catalysts”發表在國際化工領域著名期刊《Chemical Engineering Journal》，成都理工大學為第一單位。

將類芬頓催化劑引入膜分離材料既解決了催化劑回收與重復利用的難題，又將膜技術與催化過程相結合以增強污染物去除效果。然而，如何維持催化劑在膜基體中的長效活性是關鍵的科學問題。針對此，論文將帶正電荷的殼聚糖改性 MOFs光芬頓催化劑加入鑄膜液中，同時將帶負電荷的聚丙烯酸溶解于凝固浴中，在親水和靜電作用下促使 MOFs在NIPS過程中向膜表面遷移以強化催化效果。結果表明，所開發的 CS@MIL-101 (Fe)-PAA/PVDF/PMS/Vis 體系對鹽酸四環素的去除率高達 99% 以上，適用 pH 范圍廣（1-9），且具有優異的長期穩定性。密度泛函理論計算表明，PMS 對三元結構表現出更高的親和力，且活化反應具有熱力學優勢并可自發進行。本研究為水環境中新污染的高效、低碳去除提供了新思路。

課題組碩士研究生鄭霞和楊朝美為第一作者，曾廣勇副教授、中科院過程所羅建泉研究員為通訊作者。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.159865