近期，山东理工大学与中国科学院大连化学物理研究所合作，成功开发了一种具有优异抗污染性能的新型仿生膜。该研究于2025年2月24日发表于Angew. Chem. Int. Ed.期刊，通讯作者为山东理工大学靳昀与杨乃涛教授、中科院大连化物所朱雪峰教授，第一作者为山东理工大学王文敏硕士研究生。该研究工作获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省重点研发计划及榆林清洁能源创新研究院能源革命科技计划的支持。Graphical AbstractAn integrated biomimetic membrane combining I-quartet water channels and sulfonic acid-modified polyamide achieves simultaneous dye and salt rejection with high water permeance. Leveraging dynamic hydrogen-bonding networks, this design enhances antifouling performance and provides an energy-efficient solution for textile wastewater treatment.纺织工业是废水污染的重要来源，其废水中含有染料和无机盐等污染物，对生态环境造成严重威胁。因此，高效的废水处理技术至关重要。目前，纳滤（NF）与反渗透（RO）技术的联合在废水处理中广泛应用，但多级工艺增加了系统复杂性和能耗。开发一种能在单一单元内同时去除染料和无机盐的新型集成膜技术，对于提高处理效率和可持续性具有重要意义。山东理工大学与中国科学院大连化学物理研究所研究团队将咪唑四聚体（I-quartet）作为人工水通道嵌入磺酸改性聚酰胺（PA-SO₃H）基质中，成功开发了一种具有优异抗污染性能的新型仿生膜。该膜对染料和无机盐的同步去除表现出高效性。研究表明，膜表面的-SO₃H基团通过动态短氢键网络与水分子形成水化层，显著增强了抗污染性能。这一研究为氢键网络在仿生膜抗污染中的作用提供了新的科学视角和理论基础。Fig. 1.  Biomimetic membrane incorporating an I-quartet artificial water channel cross-linked with sulfonic acid-modified polyamide (PA-SO₃H). (a) Synthetic routes of HC8 monomers. (b) Fabrication of biomimetic membrane via interfacial polymerization, highlighting the role of I-quartet artificial water channel for facilitating selective H2O transport. (c) Structure of biomimetic membrane allowing for highly H2O transport, highlighting the role of -SO₃H in forming dynamic short hydrogen-bonding network(O―H···O), enhancing both H2O conduction and antifouling properties.这种新型集成仿生膜在纺织废水处理中展现出独特的优势。首先，基于烷基脲基乙基咪唑（HC8）分子自组装形成的I-quartet人工水通道（孔径为2.68 Å），能够实现水分子的选择性传输，同步有效排斥染料和无机盐。其次，膜表面的磺酸基团（-SO₃H）通过吸附水分子形成动态短氢键网络（O―H···O）。这些氢键不仅为水分子传质提供了跳跃位点，降低了水在交替亲水-疏水基质中传输的能量壁垒，还通过形成稳定的水化层，显著增强了膜的抗污染性能。此外，通过DFT计算和分子动力学模拟技术，对水化层的形成机制及其厚度进行了理论计算。研究结果表明，HC83.0-PA-SO₃H膜通过动态短氢键网络有效减弱了与污染物的界面相互作用，从而显著减少了污染物分子的粘附。这些理论计算结果进一步验证了该膜在抗污染性能方面的优越性。Fig. 2. (a) Evaluation of antifouling performance: Normalized water flux versus filtration time for PA, PA-SO₃H, and HC83.0-PA-SO₃H membranes using hexadecane emulsions over two 10-hour filtration cycles. (b) Fouling Resistance Ratios (FRR), Total Dirty Resistance (DRt), Reverse Dirty Resistance (DRr), and Irreversible Fouling Resistance (DRir) for PA, PA-SO₃H, and HC83.0-PA-SO₃H membranes. (c) Schematic of the antifouling mechanism in the HC83.0-PA-SO₃H membrane. (d) Equilibrium structure of the water-HC8-PA-SO₃H system. (e) Relative concentration distribution of water molecules along the Z coordinateHC83.0-PA-SO3H集成仿生膜在纺织废水处理中表现出高效的筛分性能、优异的稳定性以及显著的抗污染性能。该研究提出了一种能够同步去除染料和无机盐的简化且可持续的解决方案，为纺织行业的环境修复提供了新的技术策略。原文链接：Wenmin Wang, Yun Jin*, Xiuxia Meng, Naitao Yang*, Xuefeng Zhu*, Dynamic short hydrogen-bonding network enhancing hydrophilicity in biomimetic membranes with artificial water channels for efficient removal of dyes and salts. Angew. Chem. Int. Ed. (2025) e202502204.https://doi.org/10.1002/anie.202502204团队介绍：山东理工大学无机膜科学与工程研究所主要研究领域为新型膜材料与膜过程、膜催化反应器、新能源电池等，在陶瓷中空纤维膜制备和3D打印制备微管固体氧化物燃料电池方向具有国际领先地位，荣获山东省自然科学二等奖。团队现有

本系现有教师21人，其中国家级人才1人、泰山学者2人，建有2个省级青创团队，在读研究生60余人。作为山东省膜学会发起单位和常务副会长单位，也是淄博市氢能产业创新联盟的发起单位之一，同时获得山东省氢能与燃料电池重点实验室的重点支持。

目前承担省部级以上在研项目15余项，开展企业合作项目20余项；已获授权发明专利30余件，其中5项实现转化，产生直接经济效益2000余万元。