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  致病微生物對水體的污染已成為危害全球公眾健康的重要問題。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)殺菌和熱滅菌，過濾除菌因無二次污染和操作溫度低等優(yōu)勢成為一種安全有效的水凈化技術(shù)。然而傳統(tǒng)微濾膜通常因材料疏水、孔隙率低、孔道連通性差以及厚度大等問題，導(dǎo)致其即使在較高的操作壓力下滲透通量仍難以大幅提升。目前，眾多研究人員以高孔隙且孔道連通的靜電紡納米纖維膜為基材，通過在其表面構(gòu)筑超親水的纖維素納米纖維功能層以期制備高性能的微濾膜，但由相互獨(dú)立的纖維素納米纖維堆疊所形成的功能層結(jié)構(gòu)不連續(xù)導(dǎo)致其穩(wěn)定性較差，限制了其在水凈化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，開發(fā)具有連續(xù)穩(wěn)定功能層的微濾膜以實(shí)現(xiàn)其在高通量低耗能水凈化領(lǐng)域的特效應(yīng)用是當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)。

  面對這一挑戰(zhàn)，東華大學(xué)紡織科技創(chuàng)新中心俞建勇院士和丁彬教授帶領(lǐng)的納米纖維研究團(tuán)隊(duì)將非溶劑誘導(dǎo)相分離技術(shù)與靜電紡絲技術(shù)相結(jié)合制備了具有連續(xù)穩(wěn)定纖維素Voronoi網(wǎng)結(jié)構(gòu)的濾膜材料。通過研究凝固浴溫度對纖維素溶液相分離的影響，在靜電紡納米纖維膜表面構(gòu)筑了Voronoi網(wǎng)結(jié)構(gòu)；隨后通過調(diào)控纖維素溶液濃度，實(shí)現(xiàn)了Voronoi網(wǎng)覆蓋率的大幅提升，最終獲得了具有小孔徑（0.23μm）、高孔隙（90.7%）和超薄厚度（~600nm）的Voronoi網(wǎng)狀微濾膜。

圖1.（a）纖維素Voronoi網(wǎng)狀微濾膜的制備；（b）和（c）纖維素Voronoi網(wǎng)狀微濾膜的表面和截面SEM圖片；（d）水凈化示意圖。

  所制備的纖維素Voronoi網(wǎng)狀微濾膜具有優(yōu)異的水傳輸能力，可在≤20kPa的低操作壓力下實(shí)現(xiàn)對~0.3μm粒徑TiO₂顆粒的高通量（最大通量8834L m^-2 h^-1）、高效率（＞99.80%）過濾，性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道的微濾膜材料。同時(shí)由于Voronoi網(wǎng)可輕易捕獲大腸桿菌并實(shí)現(xiàn)水的快速傳輸，纖維素Voronoi網(wǎng)狀微濾膜在和市售Millipore微濾膜具有相似過濾效率的情況下，滲透通量（1444L m^-2 h^-1）是后者的兩倍之多。

圖2.纖維素Voronoi網(wǎng)狀微濾膜（a）水滲透3D模擬、（b）在不同驅(qū)動(dòng)壓力下過濾性能、（c）與已報(bào)道微濾膜性能對比、（d）攔截大腸桿菌SEM圖片、（e）與商品膜過濾性能對比。

  以上相關(guān)研究成果以“Ultrathin Cellulose Voronoi-Nanonet Membranes Enable High-Flux and Energy-Saving Water Purification”為題發(fā)表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上，文章DOI：10.1021/acsami.0c08504。東華大學(xué)紡織學(xué)院博士生唐寧為第一作者，丁彬教授和斯陽研究員為共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委、中央高�；A(chǔ)研究項(xiàng)目的大力資助。

  論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c08504