作者:埃里卡·克
宾夕法尼亚大学布罗克梅尔 纳米过滤器的制作图(上图)及其微观结构(下图)
聚合物分子在溶液中自组装(左上)后，通过测量其去除染料的能力(右上)来测试纳滤膜的选择性(中上)
插图(左下方)显示了纳米过滤器的纤维是如何从水中去除污染物的，使用原子力显微镜可以清楚地看到其网状图案
信用:迅达丰 超过8亿人缺乏清洁和安全的饮用水
水过滤技术的最新进展创造了过滤水并使其可饮用的新方法，但这些应用中的许多成本太高且太麻烦，不适用于世界的偏远地区
例如，反渗透可以使海水变得可以饮用，但是这个过程非常昂贵，并且需要大量的能量
中国大木实验室的一项新研究描述了一种制造纳米级水过滤器的新方法，这种水过滤器既灵活又坚固，甚至具有抗菌特性
东华大学博士后冯迅达和研究生张一舟是这篇论文的第一作者
他们的工作发表在《科学进展》上
当设计纳米级过滤器时，工程师通常从类似微观过滤器或筛子的东西开始
水穿过沿着过滤器分布的单个孔，并被填充在它们周围空间的固体材料保持在一起
Osuji的团队包括嵌段聚合物化学改性方面的专家，嵌段聚合物是具有重复序列的大“嵌段”的大分子链，他们在研究另一种类似材料时发现了一些意想不到的东西
他们的发现使他们“颠倒”了他们的设计策略:将过滤器的“孔”变成实心纤维，留下结构中先前实心的部分
“但是如果你接下来拿一种像这样的材料，为什么这些原纤维不会漂离呢？”大隅问
该小组认识到，这种材料类似于由相互连接的线或纤维组成的复杂网格，但重要的区别是，纤维之间的空间是由构成纤维的分子结构明确定义的
他们意识到，这种纤维看似随机的“拓扑互联”将结构结合在一起，同时仍然允许水流过
利用这种新颖的“倒置”方法，该小组创造并测试了膜，通过结合冯设计的独特纳米结构(使用由伊姆兰和张开发的制造和表征方法)将想法变为现实
在膜制造领域有专长的张，在去年秋天大隅来到宾大后不久就加入了这个团队，而张在收集关键的运输数据方面发挥了关键作用
“从历史上看，该小组的专长一直是操纵和表征材料的结构，我们不知道如何将其转化为真正的工作薄膜，”伊姆兰说
“我们有一个概念证明，但我们花了一些时间才使它成为现实，达到膜社区和材料社区都能理解的程度
" 这种材料的成分类似于以前用于硬质隐形眼镜的聚合物，也是通过单根纤维之间的交联来增加材料的支撑力
这种聚合物还包括赋予过滤器抗菌性能的化学结构，这意味着这种材料在水净化过程中不会被细菌堵塞
该小组现在正在研究制造这种材料的新方法，使其足够薄以适应现有的纳米过滤工作流程
他们还认为这种方法对于水过滤以外的未来应用非常有用
“归根结底，这是一种结构精确的多孔材料，具有多种多样的表面化学性质，所以你可以想象许多应用，”伊姆兰说
“它可以是燃料电池或电池中的隔膜
" 对张来说，他们最新研究的影响来自于他们在描述材料的过程中对材料本身的了解
“这是一种新的膜纳米结构，令人兴奋的是提出了它并展示了它的实用性
这也很令人兴奋，因为这种结构可以用于纳滤以外的应用，”他说
大隅也渴望看到他们独特的、反向的方法在未来会被如何使用
“第一次检查，这是一个意想不到的想法，你可以用这种方法制造薄膜
一旦你明白了这一点，你就可以改变化学成分，针对不同的应用，所以我希望其他人也能遵循这个方法，”他说
在水净化方面，Osuji希望看到纳滤作为一种去除有害化学物质的方法得到更广泛的采用，而不需要其他技术带来的成本
“反渗透技术高度发达，在去除除最具挑战性的污染物之外的所有污染物方面非常有效，但有些地方的成本效益不高，例如在微咸水处理、工业废水排放前处理或水软化方面
他说:“有可能将这些新膜推向这些领域。”
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