地区：上海市 宝山区
关键词：天津大学;上海交通大学
成果类型：其它
成果领域：生物与新医药
成果编号：A2021061000004525
成果描述：
| 作为解决水资源、能源、环境和传统产业升级等重大需求的共性技术，膜技术以其新颖、高效、绿色、低碳等特点成为化工、化学、材料等学科的前沿和热点。如何通过膜材料理性设计与膜结构可控构建，实现膜渗透性、选择性、稳定性的同时提高，是极具挑战性的研究课题。该项目首次将仿生与生物启发思想引入膜和膜过程研究，创建了表面偏析法、仿生矿化法和仿生粘合法等膜制备方法，提出了抑制膜污染、克服膜渗透性-选择性博弈效应（tradeoff效应）制约的方法与理论。主要科学发现点如下：提出了表面偏析成膜方法，实现了兼具“污染抵御”、“污染驱除”功能的仿生膜表面的原位可控构建，解决了抗污染膜制备方法可控性差、难以实现膜表面和膜孔同时改性、成膜与改性分步、防御机制单一等科学难题。在分子和微观水平上揭示了膜表面多级结构与多重抗污染机制间的关系。制备了系列抗污染、自清洁分离膜，解决了膜使用过程中的通量锐减问题，使膜具有持久高通量,在水处理中获得工业应用。Nature的一篇综述认为完成人的表面偏析法“作为膜表面原位改性方法可避免表面接枝聚合的缺点，创造出更有效的刷状层”。提出了仿生矿化、仿生粘合成膜方法，实现了兼具适宜结构形态和自由体积特性的仿生膜界面的绿色、温和、原位可控构建，解决了界面多层次相互作用调控与结构缺陷抑制等科学问题。揭示了膜界面多级结构与溶解-扩散-促进传递多重选择机制间的关系，提出了杂化膜克服tradeoff效应制约的方法与理论。制备了系列杂化膜和超薄复合膜，实现了膜渗透性、选择性与稳定性的同时提高，在渗透蒸发、气体分离等膜分离过程中获得高效应用。提出了膜微环境调控的新方法，基于化学与拓扑结构协同调控，实现了多级有序仿生膜通道的可控构建，解决了膜内保水和低能垒离子传递等科学问题。揭示了膜通道多级结构与运载-跳跃多重传递机制间的关系。制备了系列微囊、纳米粒子填充杂化膜和聚合物电解质膜，实现了膜渗透性与选择性的同时提高，在燃料电池、离子交换等膜过程中获得高效应用。20篇主要论文SCI他引1398次，8篇代表性论文SCI他引757次，单篇最高SCI他引235次。研究成果发表在Adv. Funct. Mater.、J. Membr. Sci.等期刊上，得到了Nature、Chem. Rev., Prog. Polym. Sci.、Adv. Mater;等期刊大篇幅引用和美国三院院士R. Langer及美国工程院院士M. Elimelech、G. Belfort、D. Paul等学者高度评价。 |
