Nat.Commun.：壓電陶瓷膜內建超聲用於活性氧生成及協同振動防汙

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近日，東南大學能源與環境學院環境科學與工程系趙陽研究員在逆壓電抗膜汙染方面取得重要進展，相關成果以“壓電陶瓷膜內建超聲用於活性氧生成及協同振動防汙”（Piezoceramic membrane with built-in ultrasound for reactive oxygen species generation and synergistic vibration anti-fouling）為題，在國際頂級期刊Nature Communications上線上發表。

壓電效應有機械能轉變為電能的正壓電效應以及電致振動的逆壓電效應。2022年趙陽研究員將正壓電效應應用於抗膜汙染，提出了脈衝水壓驅動的普適性壓電抗汙策略（Nature, 2022,608,69-73）。逆壓電效應至少在1992年就開始用於水處理膜抗汙染，並發展了以聚偏二氟乙烯（PVDF）有機壓電濾膜或無機鋯鈦酸鉛（PZT）壓電陶瓷膜等為代表的壓電水處理膜材料與膜技術。然而，壓電濾膜電致振動的單一抗膜汙染機制存在侷限性，阻礙了其在水處理中的進一步發展與應用。該研究透過介紹一種Mn/BaTiO₃壓電陶瓷膜，在展示其優異的抗膜汙染作用的同時，也對壓電濾膜的抗膜汙染機制提出了新的見解。當施加20V、265kHz共振頻率的交流電時，該膜實現了最佳的超聲振動，有效地緩解了廢水中不同汙染物造成的膜汙染，如高濃度油（2500 ppm，包括實際工業油廢水）、細菌和不同帶電的無機膠體顆粒，表現出優於其他已報道的壓電水處理膜的優勢。此外，該研究結果表明，壓電陶瓷膜內建的膜超聲振動可以產生活性氧（ROS）。這為壓電濾膜在處理有機和無機廢水的不同抗汙過程機制提供了技術指導，突破了壓電濾膜至少32年以來的單一振動抗汙作用機制，併為壓電催化膜的發展開闢了新的方向。

該工作連同前期正刊成果的發表，標誌著以壓電調控為核心的抗膜汙染完整理論體系得到初步建立。趙陽研究員為本文的第一兼通訊作者，2023級碩士生楊鋒、江涵，南京大學高冠道教授為本文共同作者，東南大學為唯一通訊單位。該工作得到了國家自然科學基金、中國科協人才專案基金、東南大學科研啟動基金以及中央高校基本科研業務費的支援。