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21
2026
-
05
Nature 子刊新发现：纳米通道靠界面极性筛分小分子
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溶剂混合物分离是化工领域能耗*高的核心工序之一，传统蒸馏依赖相变过程，能量消耗巨大且碳排放高。溶剂反渗透作为低能耗液相分离技术，无需相变、操作温和，被视为替代蒸馏、助力化工低碳转型的关键路径，尤其在高沸点溶剂分离、共沸物提纯等场景优势显著。二维层状材料（如氧化石墨烯 GO）因可调控的层间纳米通道、可调表面化学特性，成为溶剂反渗透膜的理想基材。但现有研究仍存两大瓶颈：一是有机溶剂易引发膜结构溶胀、坍塌，稳定性不足；二是多数溶剂分子尺寸相近，传统尺寸筛分机制失效，难以实现分离。此前研究多聚焦单一溶剂体系或溶质 - 溶剂分离，针对分子尺寸差异*小的溶剂 - 溶剂混合物分离机制尚不明确，且缺乏兼顾结构稳定与分离性能的膜设计策略。在此背景下，本研究聚焦二维 GO 纳米通道膜，探究纳米限域与界面极性协同作用下的溶剂分离机制，为高性能溶剂反渗透膜的开发提供新思路。
溶剂反渗透是一种压力驱动的液相溶剂混合物分离工艺，有望成为替代热分离过程的低能耗技术。氧化石墨烯（GO）层压材料可提供可调控纳米通道，用于探究受限条件下的溶剂传输；但受溶剂化诱导的结构不稳定性与分子尺寸相近等因素制约，溶剂 - 溶剂分离研究仍较为有限。本文制备了聚合物负载、溶剂稳定的氧化石墨烯纳米通道膜，该膜在加压溶剂环境中可保持结构完整性；并通过可控化学还原，调控层间受限空间与表面极性。研究针对 51 种溶剂体系、5 类不同纳米通道展开实验，证实分离过程由纳米限域效应与溶剂亲和性协同作用主导，选择性界面缔合作用可突破传统尺寸筛分机制的限制。当通道尺寸与表面极性达到平衡时，膜的渗透选择性*优，表明仅缩小通道尺寸并不能实现性能优化。研究结果表明，通道表面化学性质是极性溶剂体系膜设计的核心因素，也为复杂溶剂分离体系中纳米通道的理性调控提供了理论框架。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/pTuL54ncyLkxQ4Ztk_waog
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