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邵路教授团队3项研究成果在中国工程院院刊《工程》上发表
发布人:吴洁  发布时间:2022-07-15   浏览次数:10

重点实验室成员邵路教授带领低碳高效分离膜团队在绿色高效纳滤膜、高性能单价选择性阳离子交换膜和碳捕集气体分离膜领域的3项研究成果,2022年以来陆续在中国工程院院刊《工程》(Engineering)上在线发表。其中,团队制备的绿色高效纳滤膜主要应用于处理海水或工业废水,脱除水中盐分和有机物;高性能单价选择性阳离子交换膜主要应用于处理海水和盐湖卤水,以生产食用盐、提取锂资源;碳捕集气体分离膜主要应用于烟气管道,实现二氧化碳的捕集和回收。

在第一篇论文中,对于绿色高效纳滤膜的研究,团队力图获得对盐溶液具有高渗透通量的纳滤膜以及突破分离膜领域长期存在的“此消彼长(trade-off)”的瓶颈问题,实现高效、低能耗膜分离过程。团队选取自然界分布最广的单糖葡萄糖作为多羟基醛,协同界面反应构筑一体化“绿色仿生”选择层,获得的纳滤膜展现出高效的脱盐性能和优异的稳定性以及抗污性能。

在第二篇论文中,对于高性能单价选择性阳离子交换膜的研究,团队开发了一种由新型表面改性方法构建的具有“两面神”电荷结构的单价选择性阳离子交换膜。一方面,具有丰富阳离子交换基团的基膜可有效抑制阴离子反向扩散,确保膜具有高阳离子通量。另一方面,正电荷选择层可通过增加唐南(Donnan)效应提高单价/多价阳离子的渗透选择性。在钠镁体系和锂镁体系中均具有高阳离子通量和高分离选择性(钠镁体系为145.77,锂镁体系为14.11)。此外,研究发现,由于膜表面双电层(Mg2+层)在高电流密度下被破坏,导致其渗透选择性随电流密度的增加而逐渐降低,这项发现对盐湖提锂等实际工业应用具有指导意义。

在第三篇论文中,对于碳捕集气体分离膜的研究,团队面向碳捕集市场的重大需求,创新性提出小分子聚氧乙烯基高分子(PEO)原位膜内自聚策略,使小分子聚氧乙烯基高分子(PEO)引入的质量分数高达90%,在提高其碳捕集分离性能的同时,通过优化膜结构稳定性,提高分离膜的机械强度,使分离膜在更广泛的操作条件下,表现出优异的分离能力,成功克服传统高分子膜渗透性与选择性之间此消彼长(trade-off)的平衡效应,助力碳捕集膜的未来发展。

3篇论文重点实验室均为第一通讯单位。邵路教授为唯一通讯作者。哈工大化工与化学学院助理教授张艳秋、博士研究生王文广和朱斌分别为论文的第一作者。同时该工作获得中国石油大学(华东)孙海翔教授,我校白永平教授、吴亚东副研究员,博士研究生孙红光、杨帆、李松伟、杨晓彬、赫羴姗的帮助与支持。

上述系列研究工作得到国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金和城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题等资助。

邵路教授担任英国皇家化学会会士、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员,任领域内多个国际期刊编委、顾问编委和副主编等职务。他带领的低碳高效分离膜团队长期从事膜材料与膜分离的研究,围绕孔径逐级演化分离膜的高性能化关键问题,先后在碳捕集气膜、耐有机溶剂分离膜、水处理纳滤/超滤、微滤及特种分离膜方向取得了系列突破性成果,并在多个企业规模化应用。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922004404

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922000133

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809922002892

纳滤膜合成示意图

具有“两面神”电荷结构的单价选择性阳离子交换膜的分离原理、膜表面结构和膜分离性能示意图

自聚结构膜合成示意图