我科學家設計一新型海水淡化膜

在海水淡化領域，傳統膜材料長期面臨“水分子通得快，鹽分卻攔不住；攔得住鹽，水又流不暢”的性能瓶頸。海南大學化學化工學院教授姜忠義、劉亞楠團隊研究設計出了“沙漏形納米通道”共價有機框架膜（COF膜），在實現高水通量的同時顯著提升鹽截留率，為新一代海水淡化膜材料的性能突破提供了重要方向。該研究成果近日在《自然·通訊》發表。

海南大學化學化工學院教授劉亞楠介紹，當前，國際上海水淡化膜研究正處於由傳統材料優化邁向新型多孔材料創新突破的關鍵階段，其中，COF材料因具有高比表面積、規則可調的微孔結構以及良好的化學穩定性，被視作下一代海水淡化膜的“潛力股”。然而，受限於微觀結構構築的難度，傳統COF膜普遍存在孔徑偏大、難以有效攔截水合鹽離子的問題，導致“水鹽同行”、截留率偏低，難以滿足工程化要求。

為破解這一難題，研究團隊設計了一種獨特的“沙漏形”納米通道，採用“分步組裝”方式將氨基環糊精納米顆粒精確定位在膜通道口，形成“前寬後窄”的異質通道。這樣的結構設計可實現水分子的快速導入與高效輸運，同時在狹窄段精準攔截鹽分，有效協同“快輸水”與“強截鹽”兩個核心性能。同時，該膜還具備pH響應功能，可根據環境酸鹼度自動調節通道狀態：酸性條件下通道收縮，有利於提高鹽截留率；鹼性條件下通道擴張，可增強水通量，適用於不同用水場景下的需求切換。

實驗結果表明，該膜在低壓條件下即可實現超高水通量與高鹽截留率，並展現出良好的長期運行穩定性、抗氯能力以及pH循環耐受性，具備向工程化轉化的技術基礎。目前，這項技術正從實驗室走向小規模測試，潛在應用領域包括海水及苦鹹水淡化、高鹽廢水處理、智能膜分離系統以及特定離子分離場景等。

研究團隊計劃將這一通道設計理念推廣應用到其他類型的多孔材料中，如金屬有機框架材料，進一步提升膜材料在精準分離與適應性方面的性能。同時，結合人工智能輔助模擬優化膜結構和表面化學特性，推動膜材料向功能集成、定製化方向發展，為資源回收與水處理技術升級提供可行路徑。

“我們希望這類膜材料成為下一代水處理技術的關鍵載體，不僅在海水淡化領域發揮關鍵作用，也能在化工分離、能源轉換等環節展現應用價值，為全球水資源可持續管理貢獻中國智慧。”劉亞楠表示。