中国研究者利用“图灵结构”开发出高效净水薄膜

中国研究团队利用“图灵结构”开发了一种新型纳滤膜。其透水率是传统纳滤膜的三至四倍。在饮用水深度处理、苦咸水淡化、工业水回收等领域，有望提高水生产效率，降低成本。

美国《科学》杂志3日发表的研究表明，浙江大学化学工程与生物工程学院的张林教授团队首次将计算机和人工智能之父、英国科学家艾伦·图灵提出的“反应扩散方程”与膜研究相结合，在膜上创造出纳米尺度的“图灵结构”。

图灵在1952年发表了他的文章“形态发生的化学基础”，试图用简洁的数学公式解释复杂生命形式背后的化学机制。他认为，任何重复的自然模式都是由两种具有特定特征的事物(如分子、细胞等)相互反应而产生的。)。根据他提出的“反应扩散方程”，这两种组分由于扩散差异导致系统不稳定，最终形成“图灵结构”，如条纹、条纹、斑点等。图灵推测像斑马这样的生物表面的图案可能是这种反应扩散系统的结果。

纳滤膜是一种功能性半透膜，孔径大于1纳米，允许某些分子或离子通过。它能去除水中特定的有机物、色素和盐。它主要是通过“界面聚合反应”制备的。

研究人员首先将哌嗪和三聚氰胺分别溶于水和油中，这两种小分子在水和油的交界处聚合，在几秒钟内形成一层厚度约为100纳米的光滑致密的聚合物薄膜。然而，哌嗪和均苯三甲酰氯之间的扩散速率差异不足以产生“图灵结构”

随后，张林的团队在聚合反应中加入了聚乙烯醇，降低了哌嗪的扩散速率，最终生产出具有纳米级“图灵结构”的纳滤膜。通过调节聚乙烯醇的浓度，还可以获得不同的“图灵结构”，如气泡和管。

张林教授告诉新华社记者，空心管或气泡“图灵结构”可以提供更大的有效输水面积，因此该材料具有更高的水通量和保盐性能。

“这项技术只是在传统的纳滤膜制备过程中添加了亲水性大分子。该方法不调整传统工艺，易于实现工业化张林说道。