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  選擇性與滲透性是評價分離膜分離性能的兩個重要指標。然而，他們之間存在著“Trade-off”效應，選擇性的提升伴隨而來的是滲透性的損失，反之亦然。與眾多通過改變膜化學性質方式提升分離性能的研究工作不同，杭州師范大學由吉春教授團隊近年來發(fā)展了“構筑多級孔結構以解決Tarde-off效應”的新策略，團隊利用靜電紡絲技術(J. Membr. Sci. 2018, 563, 762-767）、結晶模板及不相容體系相分離等手段（J. Membr. Sci. 2020, 604, 118040、Appl. Surf. Sci. 2021, 566, 150673），成功構筑了多種具有多級孔結構的聚合物分離膜，其分離性能得到了巨大提升。然而，多級孔結構的設計和構筑策略仍需拓展，其分離性能提升機制仍需進一步闡釋。

  近期，杭州師范大學由吉春教授聯(lián)合廣東工業(yè)大學丁明明教授，利用有限元模擬手段與多級孔材料設計相結合的方式，獲得了高通量/高截留分離膜，并對其通量提升機制進行了系統(tǒng)研究。有限元模擬結果顯示（如圖1），納米連續(xù)貫通孔的加入使薄膜中存在三種可供流體通過的孔道，分別為微米連續(xù)貫通孔（C1）、納米連續(xù)貫通孔（C2）以及二者組合形成的混合孔道（C2）。一方面，C2與C3的存在顯著縮短了流體的傳輸路徑，提高了微米連續(xù)貫通孔（C1）中的液體流速；另一方面，C3的存在增加了額外的傳輸通道。在模擬研究的基礎上，團隊基于PVDF/PMMA/PLLA三元共混體系中結晶/相分離等復雜相行為（如圖2），成功制備了納米/微米多通道分離膜（如圖3），相比于參比樣品（僅含有微米孔道），其通量可由~100 L m^-2h^-1提升至~360 L m^-2h^-1，并對油包水乳液保持了99.8%的截留效率，實現(xiàn)了在保持截留效率的同時，大幅提升通量的效果。

 圖1. 單級孔薄膜與多通道多級孔薄膜內的傳質情況模擬

 圖2. 多通道多級孔膜形成機制

圖3. 多通道多級孔薄膜（a-e）與單級孔道薄膜（f-g）結構表征圖

  以上研究成果近期以“Hierarchically porous membranes with multiple channels: Fabrications in PVDF/PMMA/PLLA blend and enhanced separation performance”為題在Journal of Membrane Science (2022, 643, 120065)發(fā)表。該工作的第一作者為中科院上海應用物理研究所與杭州師范大學聯(lián)培合培養(yǎng)博士生王佳耀，通訊作者為杭州師范大學由吉春教授及廣東工業(yè)大學丁明明教授，該工作獲得了國家自然科學基金(51973048)的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.120065