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基于親水-低表面非均相微區的“抵御-驅除”協同抗污染機制，在提高水處理膜穩定性與延長壽命方面具有潛力。然而，這一抗污染機制存在兩個弊端。其一，因水的跨膜傳輸會將污染物緊壓在膜表面，需要較高的切向流促進污染物脫附。其二，低表面能組分易在膜過程中團聚并貼合在膜表面，阻塞水通道，使膜通量難以提升。

針對上述問題，團隊提出使用超分子而非高分子在水處理膜表面構建抗污染層的策略。超分子為聚二甲基硅氧烷（PDMS）和環糊精（CD）組成的聚輪烷。PDMS為低表面能線性大分子，CD是親水環狀小分子，CD-PDMS聚輪烷呈線穿環結構。CD可沿PDMS鏈滑動、旋轉和振動，形成相對動態親水-低表面非均相微區。這一結構使污染物與膜表面的接觸不穩定，輔以CD的布朗運動，能夠在低切向流甚至靜態條件下有效驅除膜表面污染物；還可防止低表面能組分團聚，通過氫鍵作用攜帶并促進水分子傳輸。

該研究揭示了CD類型、CD/PDMS摩爾比-CD/PDMS聚輪烷動態性-膜綜合性能間的級聯關系，確定了最佳抗污染層結構。實驗結果表明，膜綜合性能在超分子抗污染層動態性最強時達到最高值，優秀抗污染效果普適于酵母菌、腐植酸、海藻酸鈉、乳化油等多種污染物，并且在松花江水、市政污水和魯奇爐煤氣化污水等實際水體的72小時錯流實驗中表現出優越的穩定性，每個反洗周期中衰減率僅為3%至7%，化學清洗后通量恢復率接近100%。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-62231-w