分离膜领域的新秀—— Janus膜

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Janus膜是膜领域一个新兴的概念。它一般是指具有不对称结构或者性质的分离膜。这一概念自2010年首次提出以来，受到了膜研究领域的广泛关注。然而，Janus 膜缺乏统一和精准的定义，且大量的相关研究集中在Janus膜的定向液体渗透性上，缺少相关的应用实例。浙江大学高分子科学系徐志康教授课题组与澳大利亚新南威尔士大学Vicki Chen教授课题组合作，对Janus 膜领域进行了深入的总结与展望。在本文中，他们首次定义了Janus 膜的概念，并归纳了Janus 膜的构建原则和常用方法，同时根据Janus 膜的特有性质提出了其可能的应用方向。相关论文“Janus Membranes: Exploring Duality for Advanced Separation”以Minireview的形式在Angew. Chem. Int. Ed.(IF=11.7)杂志上在线发表。
  
论文指出，区别Janus膜与一般不对称膜的关键在于膜两面的性质是否“对立”，如亲水性/疏水性或者荷正电性/荷负电性，而单纯的结构或组成上的不对称不能被称作Janus膜。另一方面，定向渗透性（或者称为单向渗透性）是Janus膜所特有的性质之一，但并不是所有的Janus膜都要具备这一性质。从工作原理上看，Janus膜的工作原理分为两种：独立式与协同式。前者具有不同性质的两面在应用中分别起到独立的作用，即使移除其中某一面，另一面也能单独应用，但是性能会有所下降，比如在膜蒸馏过程中，Janus膜与疏水膜都可以使用，但Janus膜性能更佳；协同式的Janus膜则需要两面同时存在方可发挥功能，如在定向渗透过程中疏水面与亲水面均必不可少。Janus膜最大的优势在于“同时满足某一应用中对两种矛盾性质的需求”，这一概念可被用于破乳型的油水分离、单向离子通道、雾气搜集、接触式酶膜反应器、太阳能蒸馏等过程。
  
而在徐志康教授课题组的前期工作中，他们也提出了Janus膜的一种新应用：用于超细鼓泡过程。通过亲水侧降低气泡在膜表面的粘附力，以减小气泡尺寸；疏水侧则可以有效减小气体的过膜压力，降低操作能耗。该项技术能够有效降低气泡尺寸，促进气液传质，在化工、水产等领域具有广阔的应用前景，相关论文“Janus Membranes with Asymmetric Wettability for Fine Bubble Aeration”发表在Adv. Mater. Interfaces上。

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