摘要gydF4y2Ba
压力驱动膜是一种广泛应用于水净化、生物加工、食品加工和化学生产等一系列行业的分离技术gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．尽管它们有许多优点，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gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba．污染通过降低渗透通量或增加压力要求来限制膜的性能，从而导致更高的能量运行和维护成本gydF4y2Ba4gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba，gydF4y2Ba7gydF4y2Ba．在这里，我们报道了一种液压响应膜(PiezoMem)，将压力脉冲转换为电活性响应，用于原位自清洁。跨膜的瞬时液压波动导致产生电流脉冲和快速电压振荡(峰值+5.0/−3.2 V)，能够降解和排斥污物，而不需要补充化学清洗剂、二次废物处理或进一步的外部刺激gydF4y2Ba3.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba，gydF4y2Ba13gydF4y2Ba．PiezoMem通过产生活性氧(ROS)和介电泳排斥，对一系列膜污染物(包括有机分子、油滴、蛋白质、细菌和无机胶体)具有广谱防污作用。gydF4y2Ba
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确认gydF4y2Ba
国家自然科学基金项目(21976085)和国家重点研发计划项目(批准号:2016YFA0203104和2017YFE010720)资助。G.G.感谢J.D.和C.S.测量孔隙大小分布和孔隙率，L.T.P.在制备新型PiezoMem以使其能够长期运行方面所做的努力，以及南京万达环保科技有限公司在扩大新型PiezoMem并进行长期实验方面的帮助。gydF4y2Ba
作者信息gydF4y2Ba
作者及隶属关系gydF4y2Ba
贡献gydF4y2Ba
G.G.构思了这个想法，监督了这项工作，并修改了手稿。Y.Z.设计并执行了实验(不包括重新设计和改进的新PiezoMem的制备及其长期和放大实验)并起草了手稿。B.L.和Y.G模拟并验证了间质电泳。Y.Y.测量了PiezoMem的形态。C.S.讨论并修改了手稿。C.D.V.对数据进行了讨论，提出了间电泳防污机理，并对手稿进行了修改。J.G.和S.Z.在对这篇手稿的修订中提出了新的PiezoMem。所有作者对结果进行了分析和解释。gydF4y2Ba
相应的作者gydF4y2Ba
道德声明gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者声明没有利益竞争。gydF4y2Ba
同行评审gydF4y2Ba
同行评审信息gydF4y2Ba
自然gydF4y2Ba感谢苏珊娜·努内斯(Suzana Nunes)和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。gydF4y2Ba
额外的信息gydF4y2Ba
出版商的注意gydF4y2Ba施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。gydF4y2Ba
扩展的数据图形和表格gydF4y2Ba
扩展数据图1膜杆和周期压力循环膜过滤装置。gydF4y2Ba
膜极化过程的装置(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BacgydF4y2Ba)、压电性测定(gydF4y2BadgydF4y2Ba)和周期性压力循环膜过滤(gydF4y2BaegydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
扩展数据图2 PiezoMem的表征gydF4y2Ba
与纯BTO膜相比，MnO/BTO PiezoMem滤膜强度提高且无裂纹(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)．孔隙(gydF4y2BabgydF4y2Ba)和粒度(gydF4y2BacgydF4y2Ba)烧结后PiezoMem的分布。PiezoMem的ESEM和对应的EDS元素映射图像(对应的ESEM图像比例尺，1 mm)gydF4y2BadgydF4y2Ba)．颗粒的HRTEM图像(gydF4y2BaegydF4y2Ba)．STEM-HAADF EDS结果(gydF4y2BafgydF4y2Ba)图中MnO/BTO晶粒选定区域gydF4y2Ba1 dgydF4y2Ba．用汞压法测得的孔隙大小分布(gydF4y2BaggydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
图3压电颗粒、膜和污垢的表征和性能。gydF4y2Ba
XRD谱图(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)、水下油接触角(gydF4y2BabgydF4y2Ba)，介电常数(gydF4y2BacgydF4y2Ba)，gydF4y2BadgydF4y2Ba33gydF4y2Ba膜的数值(gydF4y2BadgydF4y2Ba)和PiezoMem在油水乳状液重量为300克时的压电输出(gydF4y2BaegydF4y2Ba)．DLVO能量作为O/W颗粒膜分离距离的函数(gydF4y2BafgydF4y2Ba，gydF4y2BaggydF4y2Ba)和污物的粒度分布及ζ电位(gydF4y2BahgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
图4压力运行周期优化。gydF4y2Ba
相应的防污压力变化(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba)．PiezoMem抗突然和瞬态高含量饲料溶液高达5000 ppm (gydF4y2BaegydF4y2Ba)通过调节压力操作(gydF4y2BafgydF4y2Ba)．低压条件下(<2 bar) PiezoMem的通量(gydF4y2BaggydF4y2Ba)及相应的防污性能(gydF4y2BahgydF4y2Ba)．在循环条件下(70-(2-7)s, 2 bar)与高2500ppm O/W乳液(gydF4y2Ba我gydF4y2Ba)．gydF4y2Ba
扩展数据图5 PiezoMem和非PiezoMem孔隙和表面的污垢。gydF4y2Ba
O/W乳化后膜的ESEM图像(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba)， bsa (gydF4y2BabgydF4y2Ba)、SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba（gydF4y2BacgydF4y2Ba)和艾尔gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba（gydF4y2BadgydF4y2Ba)过滤。EDS元素映射图像gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba而且gydF4y2BabgydF4y2Ba对应ESEM横截面图像。（gydF4y2BaegydF4y2Ba),通gydF4y2Ba50gydF4y2Ba膜的渗透。（gydF4y2Baf)gydF4y2Ba， EDX结果显示膜表面压力循环过滤后污垢的典型元素含量。(注意，BSA的含量为50ppm，而油的含量为SiOgydF4y2Ba2gydF4y2Ba和艾尔gydF4y2Ba2gydF4y2BaOgydF4y2Ba3.gydF4y2Ba都是2500ppm)。gydF4y2Ba
图6抗菌性能。gydF4y2Ba
PiezoMem和非PiezoMem的图像(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BadgydF4y2Ba)对gydF4y2BaEgydF4y2Ba．gydF4y2Ba杆菌gydF4y2Ba．gydF4y2Ba
扩展数据图7 COMSOL仿真。gydF4y2Ba
双向电泳建模(gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2BaegydF4y2Ba)和静电相互作用(gydF4y2BafgydF4y2Ba)的结果。gydF4y2Ba
补充信息gydF4y2Ba
权利和权限gydF4y2Ba
关于本文gydF4y2Ba
引用本文gydF4y2Ba
赵，杨，顾，杨，刘，乙。gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba脉冲液压响应式自清洁膜。gydF4y2Ba自然gydF4y2Ba608gydF4y2Ba， 69-73(2022)。https://doi.org/10.1038/s41586-022-04942-4gydF4y2Ba
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DOIgydF4y2Ba：gydF4y2Bahttps://doi.org/10.1038/s41586-022-04942-4gydF4y2Ba
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消化粪废水高值处理与利用:进展与挑战gydF4y2Ba
现时污染报告gydF4y2Ba（2022）gydF4y2Ba
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