美国能源部（DOE）阿贡国家实验室科学家发明了一种膜，当暴露在阳光下时，它可以自我清洁并且还可以主动降解污染物。

美国能源部（DOE）阿贡国家实验室科学家发明了一种膜，当暴露在阳光下时，它可以自我清洁并且还可以主动降解污染物。

处理废水和处理石化产品等关键任务依赖于多孔膜，可以将不需要的物质从水中过滤掉。随着时间的推移，这些膜不可避免地被细菌或其他物质堵塞，因此需要更换或清洁而不得不使用会缩短膜寿命的刺激性化学品。

为了解决这个问题，美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的研究人员发明了一种膜，当暴露在阳光下时，它可以清洁自身并主动降解污染物。这一进步为使用寿命更长、性能更好的薄膜铺平了道路，从而降低了成本。

“污垢是膜分离中长期存在的挑战，” 阿贡实验室应用材料部门的化学家Jeffrey Elam说。“这种独特的多功能膜是解决这种问题的一种方法。”

驱动这种材料的抗污染能力的主要成分是二氧化钛涂层，研究人员为此目的进行了广泛研究，因为它可以加速暴露在光线下的化学反应。通常对于二氧化钛，该光必须是紫外线（UV），这种限制会增加成本并缩小其可行性。

阿贡的研究人员采取了两个重要步骤来实现阳光激活的自洁。首先，他们向二氧化钛中加入少量氮，“掺杂”它，使可见光和紫外光都能发挥其光催化性能。

 

其次，他们使用原子层沉积（ALD），一种用于制造半导体工业中常用的薄膜的技术，将涂层放置在膜上。与将膜浸入溶液中的常规方法不同，ALD一次使涂层生长一个分子层。这允许所有膜表面，包括内部纳米孔，均匀且精确地涂覆。

ALD技术有助于最大限度地提高涂层的功效，而不会过度缩小孔隙，从而影响膜的渗透性。除了完成过滤的主要工作之外，特殊涂层膜现在可以降解毛孔堵塞污垢和常见的水污染物，包括内分泌干扰物和激素，这些都会引起健康和环境问题。

阿贡能源水系统先进材料（AMEWS）中心的分子工程研究所主任Seth Darling说：“几乎任何有机物都会被这种类型的化学物质分解。有办法将这些类型的污染物降解为无害物质，这很重要。”

这项研究的一部分是在美国能源部科学用户设施办公室的阿贡纳米材料中心进行的。这项工作也在期刊《Advanced Sustainable Systems》的文章 ("Photocatalysis: Conformal Nitrogen-Doped TiO2 Photocatalytic Coatings for Sunlight-Activated Membranes")中得到了描述，是阿贡致力于开发有助于水的再利用和再循环的更广泛努力的一部分。该实验室在界面工程和先进材料方面的专业知识使阿贡非常适合此项挑战。

膜的市场预计明年将超过260亿美元，这反映了它们在多个行业中的重要性。Darling指出，使这些膜更加坚固和多功能不仅消除了清洁或更换它们的费用，而且避免了与维护停机相关的劳动力和运营成本。此技术几乎任何多孔无机表面都有效，阿贡的创新可以将下一代膜转化为自清洁、污染物自消耗的机器。

来源：今日头条

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