我科学家设计一新型海水淡化膜

在海水淡化领域，传统膜材料长期面临“水分子通得快，盐分却拦不住；拦得住盐，水又流不畅”的性能瓶颈。海南大学化学化工学院教授姜忠义、刘亚楠团队研究设计出了“沙漏形纳米通道”共价有机框架膜(COF膜)，在实现高水通量的同时显著提升盐截留率，为新一代海水淡化膜材料的性能突破提供了重要方向。该研究成果近日在《自然·通讯》发表。

海南大学化学化工学院教授刘亚楠介绍，当前，国际上海水淡化膜研究正处于由传统材料优化迈向新型多孔材料创新突破的关键阶段，其中，COF材料因具有高比表面积、规则可调的微孔结构以及良好的化学稳定性，被视作下一代海水淡化膜的“潜力股”。然而，受限于微观结构构筑的难度，传统COF膜普遍存在孔径偏大、难以有效拦截水合盐离子的问题，导致“水盐同行”、截留率偏低，难以满足工程化要求。

为破解这一难题，研究团队设计了一种独特的“沙漏形”纳米通道，采用“分步组装”方式将氨基环糊精纳米颗粒精确定位在膜通道口，形成“前宽后窄”的异质通道。这样的结构设计可实现水分子的快速导入与高效输运，同时在狭窄段精准拦截盐分，有效协同“快输水”与“强截盐”两个核心性能。同时，该膜还具备pH响应功能，可根据环境酸碱度自动调节通道状态：酸性条件下通道收缩，有利于提高盐截留率；碱性条件下通道扩张，可增强水通量，适用于不同用水场景下的需求切换。

实验结果表明，该膜在低压条件下即可实现超高水通量与高盐截留率，并展现出良好的长期运行稳定性、抗氯能力以及pH循环耐受性，具备向工程化转化的技术基础。目前，这项技术正从实验室走向小规模测试，潜在应用领域包括海水及苦咸水淡化、高盐废水处理、智能膜分离系统以及特定离子分离场景等。

研究团队计划将这一通道设计理念推广应用到其他类型的多孔材料中，如金属有机框架材料，进一步提升膜材料在精准分离与适应性方面的性能。同时，结合人工智能辅助模拟优化膜结构和表面化学特性，推动膜材料向功能集成、定制化方向发展，为资源回收与水处理技术升级提供可行路径。

“我们希望这类膜材料成为下一代水处理技术的关键载体，不仅在海水淡化领域发挥关键作用，也能在化工分离、能源转换等环节展现应用价值，为全球水资源可持续管理贡献中国智慧。”刘亚楠表示。