厦大团队开发电荷诱导液衬过滤膜 给滤网穿上“液体外衣”

　　厦大团队开发电荷诱导液衬过滤膜，为可持续空气净化提供低碳新路。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然·可持续发展》——

　　给滤网穿上“液体外衣”

　　核心提示

　　空气净化在工业排放治理、室内空气改善、可穿戴防护和航天密闭环境等领域需求广阔。但传统技术长期依赖一次性固体滤材，其制造、更换和废弃的过程消耗大量资源，同时伴随着碳排放，并产生固废处置压力。因此，在“双碳”目标与绿色低碳转型的时代背景下，空气净化技术面临一场从“耗材依赖”向“可持续运行”的范式转变。

　　此前，液基空气净化相关技术利用动态液体界面捕获颗粒，具有低阻力、可更新、长寿命潜力，但“高通量下高效捕获”和“界面稳定”仍是两大瓶颈。近日，厦门大学化学化工学院侯旭教授团队在国际学术期刊《自然·可持续发展》上发表研究成果，提出电荷诱导液衬过滤膜（CILF），它的亮点正是同时突破了这两大瓶颈。

　　据侯旭教授团队介绍，CILF以可重复使用的功能液体替代传统一次性固体滤材，通过电荷诱导，实现颗粒物定向捕获与动态界面更新，突破固体多孔膜的局限性，将传统固体滤网所使用的有效表面积转换成液体材料对污染物过滤吸收的有效体积，进而实现对污染物处理量的数量级提升，在源头减少固废产生和材料消耗，为空气净化提供了一条绿色、低碳、可持续的技术路径。

　　老滤网为何“短命”

　　过去，工业排放、室内空气污染和通风受限环境中的颗粒物治理，长期依赖一次性固体滤材。侯旭教授解释说，这是因为“传统固体滤材主要依靠孔径截留或静电作用捕获颗粒，随着颗粒在表面和孔道内不断积累，容易出现堵塞、压降升高和性能衰减”，效率、阻力、寿命很难兼顾。

　　2020年，侯旭教授发明的“液体门控技术”被国际纯粹与应用化学联合会评为“年度全球化学领域十大新兴技术”之一。基于该技术，2022年，他的团队在《自然》杂志上报道了基于动态水界面的连续空气净化。

　　侯旭表示，此次他们进一步“将功能液体稳定在开放孔道表面，并引入电荷诱导”，为高通量、低阻力和长寿命空气净化提供了新的液基净化路径。

　　“液体外衣”怎么抓颗粒

　　对于CILF的特长，侯旭打了个比喻——就像给过滤膜穿上了一层可以不断更新的“液体外衣”。

　　他介绍说，颗粒物被捕集的过程分为三步。“第一步，电荷诱导‘导航’，颗粒在电荷诱导区被极化，偏离原有气流轨迹，定向迁移至接地液衬表面；第二步，液面‘拉住’，颗粒接触液-气界面形成弯月面，毛细力将其牢固捕获；第三步，液体‘吸收’，颗粒进入功能液体体相并重新分散，减少在孔口堆积和再释放。”

　　与传统固体过滤膜、电驻极过滤膜以及微流控气泡等过滤方式相比，CILF保持了开放的气体通道，并通过动态液衬持续更新捕获界面。他解释说，就是“把颗粒物的捕获位置从易饱和、易堵塞的固体表面，转移到了可更新的液体体相”，在高净化效率与低流动阻力之间建立了新的平衡。

　　这件“外衣”有多能打

　　数据显示，在1米/秒的风速下，CILF一次净化效率最高可达99.6%；连续运行超过3500小时后，效率仍保持在99%以上且压降稳定。

　　并且，团队通过优化参数，实现了膜材料大尺寸卷对卷制备。基于该技术的空气净化原型机，在30立方米标准测试舱内，获得了377立方米/小时的洁净空气量，可满足部分实际应用场景需求。此外，团队将CILF集成到主动送风口罩中，构建了面向微重力环境的液衬空气净化系统。

　　生命周期评价显示，与棉纤维、熔喷聚丙烯、PTFE和玻璃纤维等典型滤材相比，CILF在全球变暖、细颗粒物形成、人体毒性及资源稀缺等多项指标上对环境影响度更低。侯旭说，这主要得益于“可重复使用的金属基体、抗堵塞带来的低运行能耗，以及可清洗、长寿命减少的滤材更换和固废产生”。

　　下一步，它还能抓什么

　　展望未来，侯旭告诉记者，CILF从颗粒物净化向气态污染物治理拓展，是其在可持续空气净化领域实现更完整价值的关键一步。

　　以普通人熟知的甲醛为例，它被国际癌症研究机构列为一类致癌物，由家具、黏合剂与建材持续释放，可在室内存留数年。传统固体吸附剂易迅速饱和，存在二次释放风险，并最终形成持久性固废。

　　侯旭介绍，在突破甲醛净化困境方面，CILF的液体体相吸收机制提供了材料基础，“若能把功能液体的捕获对象从颗粒物拓展至气态分子，同时解决液体再生与污染物集中处理问题，液基净化有望建立统一的可持续净化平台”。

　　在推动技术落地方面，侯旭教授团队正积极寻求与相关行业的头部企业合作，加速成果应用，更快服务社会。

　　目前，团队与中国航天钱学森空间技术实验室合作，正在探索液基过滤技术在空间密闭环境中的适用性。他们还与门创科技（厦门）有限责任公司合作推出了全球首款液体门控智能测试分析仪，并联合12家单位牵头制定了“液体门控技术”的首个国家标准，进一步推动先进膜材料表征在空气净化、水处理、物质检测等领域前沿发展。

　　记者还了解到，此项研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、华侨大学科研启动经费以及新基石科学基金会“科学探索奖”项目等科研资助。相关技术未来还需持续攻关电荷诱导与流体动力学耦合机制、面向不同污染物的功能液体按需设计，以及液体再生与污染物集中处理的工程化方案。（福建日报记者 李珂）