近日，西安建築科技大學環境與市政工程學院、陜西省膜分離技術研究院團隊在國際權威期刊【自然-通訊】上發表題為【蛭石異質奈米通道膜在實際高鹽體系中的滲透能回收】的最新研究。該研究也是繼團隊2020年在【自然-通訊】發表相關研究成果後，再次在膜分離領域取得的新突破。
為實作「雙碳」目標，提高新能源和清潔能源的占比，開發綠色新型能源以替代高碳能源已成為一項重要課題。近年來，蘊藏於海水、富鹽水和高鹽工業廢水等自然與工業資源中的「藍色能源」——滲透能，因其儲量大、可再生等特點，受到了研究者的廣泛關註。具有離子分離特性的功能薄膜是滲透能回收的關鍵。然而，在實際滲透能的回收過程中，水體的高鹽濃度往往導致分離膜的離子選擇性和擴散性發生大幅下降，從而嚴重制約了該項技術的套用與推廣。
蛭石奈米通道膜
針對上述問題，西安建築科技大學王磊教授膜分離團隊開發了基於二維蛭石奈米材料的異質奈米通道膜，透過獨特的結構設計，實作了「初步富集+二次分離」的離子輸運過程。得益於此，即使在高濃度鹽度5M(鹽度梯度500倍)的極端條件下，蛭石奈米通道膜仍表現出高效穩定的滲透能回收效能，輸出功率密度(Pmax)可達到33.76W/㎡ 。
為了進一步證明該體系在實際高鹽環境滲透能收集場景中的套用效能，團隊選用多種青海當地的實際鹽湖富鹽水進行了驗證，並獲得了最高25.9W/㎡的功率密度。該工作展現了在實際高鹽富鹽水、工業廢水中實作滲透能有效收集的潛力，對於永續能源的發展具有重要的意義。
「初步富集+二次分離」分離機制示意圖
分子動力學模擬離子在蛭石奈米通道內的輸運過程
據了解，該研究工作得到了國家重點研發計劃等資金的資助，陜西省環境工程重點實驗室、陜西省膜分離技術重點實驗室、學校分析測試中心以及國家超算西安中心建大分中心也為研究開展給予了重要支持。
