天然黏土-碳酸钙纳米流体膜：废弃蛋壳升级再造实现高性能渗透能捕获

本刊推荐：本研究创新性地利用废弃蛋壳合成纳米碳酸钙（nano-CaCO3）作为插层剂，与蒙脱土（MMT）构建全天然纳米流体膜。该膜通过扩大层间通道（nanochannels）和增强表面电荷密度，在反向电渗析（RED）中实现10.28 W m?2的功率密度和25.6%的能量转换效率（ηmax），为可持续蓝色能源开发提供了低成本解决方案。

　　

Section snippets

Materials and methods

钠基蒙脱土（MMT）黏土、鸡蛋壳和混合纤维素酯（MCE）滤膜（孔径约0.22 μm）购自天津金腾有限公司。蛋壳经清洗处理后使用。所有测试用盐（KCl、NaCl、LiCl、CaCl₂和MgCl₂·6H₂O）均为分析纯，直接使用无需纯化。

Characterization of MC membranes

图1展示了我们全天然蒙脱石-碳酸钙（MC）纳米复合膜的可持续制备与结构设计。MMT黏土首先被剥离形成高纵横比的纳米片，构建二维层状支架。同时，通过简易的热碳化工艺将生物废弃鸡蛋壳转化为纳米碳酸钙（nano-CaCO₃）颗粒，生成环保型插层填充材料。扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）图像显示...

Conclusion

我们通过将蒙脱土黏土与蛋壳衍生的纳米碳酸钙（nano-CaCO₃）协同整合，高效制备出全天然高性能渗透能捕获膜。纳米碳酸钙插层有效扩大了MMT纳米片的层间距并增强表面电荷，形成具有靶向阳离子选择性的纳米通道。优化后的复合膜（MC_0.10）在500倍氯化钠浓度梯度下实现了10.28 W m^?2的卓越功率密度...

CRediT authorship contribution statement

Chao Liu： 可视化、验证、软件、方法论、研究、形式分析、数据管理、概念化。Guanlin Huo： 软件、形式分析。Dehai Yu： 文稿撰写-审阅与起草、可视化、验证、监督、软件、资源、项目管理、资金获取、形式分析、数据管理、概念化。Di Yuan： 形式分析。Junyi Shi： 形式分析。Qiang Wang： 资源、项目管理...

Declaration of competing interest

作者声明不存在可能影响本研究成果的已知竞争性财务利益或个人关系。

Acknowledgements

本研究得到中国博士后科学基金（2024T170293）、国家自然科学基金（52172147）、国家重点实验室建设重大科研项目（2025ZDGZ02）、QUTJBZ计划（2024ZDZX01）、科教产融合基础研究项目（2023PYI006）以及山东省泰山学者计划的支持。