喜报丨我院科研成果又登《Nature》子刊!
发布日期:2024-01-24    作者:    来源:    点击量:780   分享到:

近日,我院又在国际顶级学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)上发表题为《蛭石异质纳米通道膜在实际高盐体系中的渗透能回收》(“Unlocking Osmotic Energy Harvesting Potential in Challenging Real-World Hypersaline Environments through Vermiculite-Based Hetero-Nanochannels”)的最新研究。该研究也是继团队2020年在《自然-通讯》发表相关研究成果后,再次在膜分离领域取得的新突破。

论文第一作者为西安建筑科技大学王琎教授,通讯作者为膜分离团队带头人王磊教授、王琎教授和苏州大学周柯教授。硕士研究生崔峥、博士研究生李尚真等人为该研究作出了重要贡献,西安建筑科技大学为论文的第一完成单位。该研究工作得到了国家重点研发计划等基金的资助,陕西省环境工程重点实验室、陕西省膜分离技术重点实验室、学校分析测试中心以及国家超算西安中心建大分中心也为研究开展给予了重要支持。

11.png

实现碳达峰碳中和,是中国对世界的庄严承诺,也是中国贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求。为实现“双碳”目标,提高新能源和清洁能源的占比,开发绿色新型能源以替代高碳能源已成为一项重要课题。近年来,蕴藏于海水、卤水和高盐工业废水等自然与工业资源中“蓝色能源”——渗透能,因其储量大、可再生等特点,受到了研究者的广泛关注,具有离子分离特性的功能薄膜是渗透能回收的关键。然而,在实际渗透能的回收过程中,水体的高盐浓度往往导致分离膜的离子选择性和扩散性发生大幅下降,从而严重制约了该项技术的应用与推广。

纳米通道膜.png

蛭石纳米通道膜


针对上述问题,膜分离团队开发了基于二维蛭石纳米材料的异质纳米通道膜,通过独特的结构设计,实现了“初步富集+二次分离”的离子输运过程。得益于此,即使在高浓度盐度为5M(盐度梯度为500倍)的极端条件下,蛭石纳米通道膜仍表现出高效稳定的渗透能回收性能,输出功率密度(Pmax)可达到33.76W/㎡ 。为了进一步证明该体系在实际高盐环境渗透能收集场景中的应用性能,团队选用多种青海当地的实际盐湖卤水进行了验证,并获得了最高25.9W/㎡的功率密度。该工作展现了在实际高盐卤水、工业废水中实现渗透能有效收集的潜力,对于可持续能源的发展具有重要的意义。

初步.png

“初步富集+二次分离”分离机制示意图

分子.png

分子动力学模拟离子在蛭石纳米通道内的输运过程

我院团队长期专注于离子分离领域的基础研究以及海水、盐湖、工业废水中的资源与能量回收的实际应用。2023年,团队围绕环境废弃物有价资源回收、离子精准分离、盐差能回收和分离膜污染防控等方面开展大量基础研究工作,在Energy & Environmental Science(back cover,影响因子32.5)、Angewandte Chemie International Edition(影响因子16.6)、Advanced Functional Materials(影响因子19.0)等国际顶级期刊共发表SCI 论文30篇,总影响因子达288.1。