近日，環(huán)境學(xué)院梁帥教授課題組的研究論文“Pivotal influence of solution chemistry on electrosorption-enhanced membrane filtration performance: Implication for study of electrified membrane processes”在環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊《Water Research》上發(fā)表。論文揭示了溶液化學(xué)環(huán)境對電吸附增強膜過濾性能的關(guān)鍵影響，為電氣化膜過程的研究發(fā)展提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
當(dāng)前膜分離領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)是如何協(xié)同提升膜過濾性能與解決膜污染問題，尤其是在超濾與電氣化膜技術(shù)集成應(yīng)用中。在材料與工藝集成層面，超濾與電氣化膜的協(xié)同結(jié)構(gòu)設(shè)計對其分離性能與抗污染能力具有決定性影響。超濾技術(shù)雖因操作可靠性和技術(shù)成熟度被廣泛應(yīng)用，但其對鹽分和新興污染物的截留能力有限，且易受膜污染問題的困擾；而電氣化膜技術(shù)通過引入電場與電化學(xué)作用調(diào)控帶電污染物和離子的遷移與轉(zhuǎn)化，展現(xiàn)出成為下一代水凈化技術(shù)的潛力，但其實際應(yīng)用受限于電極表面有機污染物積累導(dǎo)致的快速膜污染問題。為解決這一矛盾，超濾與電氣化膜技術(shù)的協(xié)同集成被證明是一種有效策略：電氣化膜通過電場效應(yīng)增強超濾的抗污染能力和污染物截留性能，而超濾作為預(yù)處理步驟可減少電極污染，從而提高電吸附和電化學(xué)性能。然而，現(xiàn)有集成系統(tǒng)中物理-電化學(xué)耦合作用機制尚未明晰，尤其是溶液化學(xué)環(huán)境對膜污染、污染物截留及脫鹽性能的多尺度影響仍缺乏系統(tǒng)性研究。基于此，本研究通過構(gòu)建超濾?電氣化膜集成系統(tǒng)，系統(tǒng)探究了溶液化學(xué)對膜過程性能的影響。通過設(shè)計不同組分（有機污染物、無機鹽）的進水溶液并進行系列實驗，揭示了有機物表面電荷和粒徑變化在電場作用下的動態(tài)響應(yīng)規(guī)律（圖1）。研究結(jié)果為電氣化膜與超濾技術(shù)的協(xié)同集成提供了新的理論見解，并為復(fù)雜廢水處理場景中的工藝優(yōu)化奠定了理論基礎(chǔ)。
圖1 (A) 超濾-電氣化膜系統(tǒng)及其在廢水處理中的優(yōu)勢，包括改善膜污染抑制、污染物截留和脫鹽性能；(B) 與溶液化學(xué)密切相關(guān)的復(fù)雜過程機制
論文第一作者為環(huán)境學(xué)院博士研究生顧夢瑤和碩士畢業(yè)生李敏，梁帥教授為唯一通訊作者，北京林業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，論文合作單位包括清華大學(xué)、美國麻省理工學(xué)院。
該項工作得到國家自然科學(xué)基金面上項目(52170022)和華能集團總部科技項目“基礎(chǔ)能源科技研究專項(三)(HNKJ22-H105)“的”資助。
