随着社会公众对室内环境质量要求日益提升，通风作为改善室内空气品质的有效途径变得尤为重要。尽管如此，在冬季低温条件下，外部冷空气及空气中携带的细菌、悬浮颗粒物（PM2.5）等污染物对人类健康构成了严重威胁。膜分离技术作为一种低碳节能的关键技术，已在海水淡化、废水处理等多个领域得到广泛应用。光热膜可直接将太阳能转换为热能，同时利用孔径筛分作用可有效截留污染物，其在空气净化领域极具应用前景。但是，如何实现高效的空气加热、快速的气体传输以及污染物的有效截留是关键。

近日，青岛能源所江河清研究员带领的功能膜与氢能技术研究中心开发出兼具冷空气加热和净化功能的碳基光热膜，研究了复合膜的微结构对光热转化性质及分离性能的影响，揭示了复合膜对冷空气加热和PM2.5截留的作用机制。

通过调控光热组分的分布状态，提高了复合膜的光吸收和光热转化性能，在1min内表面温度即可达到66.7O。进一步优化复合膜的孔结构，设计出表面纳米孔（170 nm）与下层“指状孔”有机结合的多级孔复合膜，实现了细菌、颗粒物等的有效截留和高效的空气传输。光热复合膜对PM2.5的截留率高达99%，表明其具有优异的冷空气加热和净化作用。在连续32 h测试后，复合膜渗透侧空气温度和PM2.5的去除率几乎保持不变，展现出良好的稳定性。此外，考虑到空气中的细菌传播对人类健康的不利影响，本工作还考察了复合膜的抑菌作用，体现了碳纳米管基复合膜在冷空气加热、净化及抑菌等方面的多重优势。

图1. 碳基光热膜用于冷空气加热和空气净化

本研究通过将良好光热特性的碳纳米管引入到复合膜并调控膜孔结构，可有效提高复合膜的光吸收和光热转化特性，显著提高渗透侧空气温度；此外，利用复合膜表皮层纳米孔截留PM2.5和细菌，下层大孔促进空气传输，为室内空气质量的改善提供了一项有益的探索途径。相关研究成果发表在《Green Carbon》期刊。

文章的第一作者是青岛能源所博士生董伟超，通讯作者为江河清研究员和宋向菊副研究员。本研究获得了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者等项目的支持。（文/图 宋向菊）

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.greenca.2023.12.002