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【导读】

通过膜改性策略（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，如超亲水表面涂层，以降低污垢粘附或吸附到膜上的趋势。然而，这些静态修改只会降低结垢率，导致会自行结垢并需要深入清洁。这些静态修改的替代方法是使用外部刺激响应材料作为表面涂层或膜本身，因为刺激响应材料可对膜特性（如表面电荷）进行原位实时修改，以降低污染率，并可能具有逆转膜污染的潜力。关于刺激响应膜材料，大多数研究都集中在电位和电磁辐射作为独立驱动力，但需要进一步的外部刺激源，增加了复杂性。此外，利用由压电材料制成的压力刺激响应膜可以诱导电活性防污响应。由于液压（>0.1 MPa）是膜工艺的主要内在驱动力，该压力可同时在压电膜中产生电活性防污效果（d₃₃= 2-600 pC N^-1）。通过构建用于原位污染缓解的刺激响应膜，而无需进一步的外部驱动力或更多的清洁剂。但是，其面临的关键挑战是膜污染，同时结垢降低渗透通量或增加压力要求来限制膜性能，导致更高的能源运行和维护成本。

【成果掠影】

在2022年8月3日，南京大学高冠道教授（通讯作者）等人报道了一种液压压力响应膜（hydraulic-pressure-responsive membrane, PiezoMem），其可以将压力脉冲转化为电活性响应，从而实现原位自清洁。跨膜的瞬时液压波动导致电流脉冲和快速电压振荡（峰值，+5.0/-3.2 V）的产生，能够降解和排斥污垢，无需补充化学清洁剂、二次废物处理或进一步的外部刺激。此外，PiezoMem通过产生活性氧（ROS）和介电泳排斥，对一系列膜污染物质（包括有机分子、油滴、蛋白质、细菌和无机胶体）显示出广谱防污作用。研究成果以题为“Pulsed hydraulic-pressure-responsive self-cleaning membrane”发布在国际著名期刊Nature上。

【数据概览】

图一、MnO/BTO晶粒和膜的压电和微观结构和形态表征©2022 Springer Nature Limited

图二、液压引起压电效应和减少结垢©2022 Springer Nature Limited

图三、PiezoMem防污性能©2022 Springer Nature Limited

图四、膜自洁机理©2022 Springer Nature Limited

【成果启示】

总之，PiezoMem将液压驱动压力中的周期性瞬态零脉冲转换为相应的电流脉冲和快速电压振荡，分别产生近表面活性氧和介电泳力。这些电活性现象产生了一种通用的防污工艺，可有效处理各种污垢类别，包括蛋白质、正/中性/负胶体、有机分子、油滴和微生物。此外，这里展示的压力刺激响应型防污策略具有广泛的应用潜力。

文献链接：Pulsed hydraulic-pressure-responsive self-cleaning membrane. Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-04942-4.

本文由CQR编译。

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