11月10日，马军院士团队吕东伟教授课题组在Water Research在线发表了题为“Adjusting Oxidation Pathways via Fine-tuning Atomic Ratios in Window-opening MOF Membranes for Efficient Self-cleaning”的研究论文，通过热改性MOF膜改变原子比定量调控非自由基途径的比例，从而实现高效膜催化和缓解膜污染。
膜技术因其紧凑的空间要求、能源效率和最小的碳足迹而被广泛用于去除水中的有机污染物。随着运行时间的推移，污染物不可避免地会附着在膜表面和孔隙上，从而影响膜的渗透性和水质，增加运行成本，缩短膜的使用寿命。可逆污垢可通过传统的物理清洗去除，而不可逆污垢则需要通过化学清洗去除。化学清洗存在的广泛问题包括有毒副产品在环境中的积累、清洗时间长以及清洗剂对膜结构的破坏。因此，合理选择清洗剂和提高清洗效率是确保膜过滤长期稳定运行的关键。过一硫酸盐（PMS）可用作绿色氧化剂，通过高级氧化工艺（AOPs）减轻催化膜污染并恢复过滤性能。然而，如何调整氧化途径并了解其基本机制，以便在不牺牲过滤性能的情况下实现高效清洁，还需要进行系统研究。本研究通过热改性优化了膜的微环境，改性温度从 25 °C 至 400 °C 不等，低于催化剂 ZIF-8 框架的分解温度。由于具有 "开窗 "效应的完整 ZIF-8 框架结构，改性膜的纯水通量翻了一番（158.3 LMH bar-1），排斥率也保持不变。甲基解离和自催化石墨化可通过改变温度来调节，从而使非自由基途径的比例可调（与 C/Zn 原子比 0.96 相关）。增强的非自由基途径针对有机化合物的富电子区域进行攻击，从而实现了高效清洁和几乎完全的通量回收（99.3%）。理论模拟显示，甲基解离和石墨化会显著影响活性位点的电子密度和吸附能，从而实现可调氧化途径和增强催化性能。本研究为提高催化膜的过滤和催化性能提供了合理的策略。对氧化机理的进一步了解为设计高效的 AOP 膜清洁系统提供了指导。
论文唯一通讯单位为城市水资源与水环境国家重点实验室。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424016828
