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压力驱动膜是一种广泛使用的分离技术，广泛应用于水净化、生物加工、食品加工和化学生产等行业。尽管它们具有许多优点，例如模块化设计和最小的占地面积，但不可避免的膜污染是大多数实际应用中的关键挑战。结垢通过降低渗透通量或增加压力要求来限制膜性能，从而导致更高的能源运行和维护成本。
2022年8月3日，南京大学高冠道团队在Nature 在线发表题为“Pulsed hydraulic-pressure-responsive self-cleaning membrane”的研究论文，该研究报告了一种液压响应膜 (PiezoMem)，可将压力脉冲转化为电活性响应，从而实现原位自清洁。
跨膜的瞬时液压波动导致电流脉冲和快速电压振荡（峰值，+5.0/-3.2 V）的产生，能够降解和排斥污垢，无需补充化学清洁剂、二次废物处理或进一步的外部刺激。PiezoMem 通过产生活性氧 (ROS) 和介电泳排斥，对一系列膜污染物质（包括有机分子、油滴、蛋白质、细菌和无机胶体）显示出广谱防污作用。
文献中报道了膜改性策略以提高防污性能。其中大部分涉及永久性材料改性，例如超亲水表面涂层，以降低污垢粘附或吸附到膜上的趋势。然而，这些静态改性只会降低结垢率，最终会自行结垢并需要深入清洁。这些静态改性的替代方法是使用外部刺激响应材料作为表面涂层或膜本身。
刺激响应材料将允许对膜特性（例如表面电荷）进行原位实时修改，以降低污染率，并可能具有逆转膜污染的潜力。关于刺激响应膜材料，大多数研究都集中在电位和电磁辐射作为独立驱动力。然而，这些电磁刺激响应膜需要进一步的外部刺激源，与压力驱动的膜过程密切相关，这为系统增加了另一个程度的复杂性。
MnO/BTO晶粒和膜的压电和微观结构和形态表征（图源自Nature ）
另一种方法是使用由压电材料制成的压力刺激响应膜来诱导电活性防污响应。由于液压（>0.1 MPa）是膜工艺的主要内在驱动力，该压力可同时用于在压电膜中产生电活性防污效果（d33 = 2-600 pC N−1）。最终，这将允许创建用于原位污染缓解的刺激响应膜，而无需进一步的外部驱动力或更多的清洁剂。
该研究报告了一种液压响应膜 (PiezoMem)，可将压力脉冲转化为电活性响应，从而实现原位自清洁。跨膜的瞬时液压波动导致电流脉冲和快速电压振荡（峰值，+5.0/-3.2 V）的产生，能够降解和排斥污垢，无需补充化学清洁剂、二次废物处理或进一步的外部刺激。PiezoMem 通过产生活性氧 (ROS) 和介电泳排斥，对一系列膜污染物质（包括有机分子、油滴、蛋白质、细菌和无机胶体）显示出广谱防污作用。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04942-4
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