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环境学院王磊、王琎教授在“Nature”子刊发表重要研究成果

2024-01-24 作者: 编辑:张璐 来源:陕西省膜分离技术研究院

近日,我院膜分离技术团队王磊教授、王琎教授在国际权威期刊“Nature Communications”(《自然-通讯》)上发表了题为“Unlocking Osmotic Energy Harvesting Potential in Challenging Real-World Hypersaline Environments through Vermiculite-Based Hetero-Nanochannels”(蛭石异质纳米通道膜在实际高盐体系中的渗透能回收)的最新研究。论文第一作者为3354cc金沙集团王琎教授,通讯作者为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工作做出了重要贡献,金沙集团186cc成色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、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与了重要支持。

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。

图1.蛭石纳米通道膜

图1源自“Nature Communications”登载的王磊教授团队开发的基于二维蛭石纳米材料的异质纳米通道膜。蛭石纳米通道膜独特的结构设计,实现了离子在膜内“初步富集+二次分离”选择性传输行为(图2)。得益于此,即使在高浓度盐度为5 M(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33.76 W/m2。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25.9 W/m2的功率密度(图3)。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。

图2.“初步富集+二次分离”分离机制示意图

图3.分子动力学模拟离子在蛭石纳米通道内的输运过程

王磊教授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年已经在“Energy & Environmental Science”(BackCover, IF:32.5)、“Angewandte Chemie International Edition”(IF:16.6)、“Advanced Functional Materials”(IF:19.0)等国际知名期刊发表数篇重要成果。本研究也是继该团队2020年在Nature Communications发表研究成果后,再次形成的新突破,团队将继续努力为我院双一流建设增添新能量!

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