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28
2026
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05
Nature：纳米限域 + 界面作用，重塑二维膜溶剂分离技术逻辑
作者：
溶剂反渗透是一种压力驱动的液相分离技术，可用于混合溶剂分离，有望成为低能耗工艺，替代传统热分离方法。氧化石墨烯（GO）叠层膜具备可调控的纳米孔道，可用于研究受限空间内的溶剂传质行为；但受溶剂化效应引发的结构失稳、溶剂分子尺寸微小等问题限制，其在溶剂 - 溶剂分离领域的研究仍较为有限。本文制备了负载型氧化石墨烯纳米孔道膜，该膜在加压溶剂环境中结构稳定、形态完整；同时通过可控化学还原手段，调控膜层间受限空间与表面极性。研究针对 51 种溶剂体系、5 类不同纳米孔道展开测试，证实分离性能由纳米限域效应与溶剂亲和作用共同主导，界面选择性吸附效应的分离效果甚至超越单纯的筛分机制。分离选择系数的峰值，来自孔道尺寸与表面极性的协同匹配，这表明仅依靠缩小孔道尺寸无法实现性能*优。该研究证实，对于多极性溶剂体系，孔道表面化学性质是核心设计要素，也为定向设计适配复杂溶剂分离的纳米孔道材料提供了理论依据。
溶剂反渗透依靠界面作用与空间约束共同调控溶剂传质。结合实验与模拟发现，氧化石墨烯叠层孔道内，溶剂分布、迁移特性随氧化程度和孔道间隙规律性变化，界面吸附是极性混合体系实现分离选择的关键。
分子尺寸无法单独决定传质行为：极性体系中，界面亲和效应可分离分子量 100 道尔顿以内的溶剂；非极性相近体系则难以区分。孔道化学性质、局部介电环境与孔道尺寸同为核心设计要素，界面亲和也是液相溶剂分离的通用规律。
该技术全程液相运行，适合高沸点溶剂连续回收纯化，还可作为预浓缩单元融入复合分离工艺。非极性体系中，氧化石墨烯易被烃类插层破坏结构，需选用适配材料并针对性改性，水相稳定策略无法直接套用。
空间限域还可强化 π-π 等弱相互作用，实现芳烃与烷烃的有效分离。综上，膜材料设计需结合溶剂 - 膜亲和作用与稳定孔道结构。二维叠层孔道可在保留骨架的同时调控界面特性，相关研究结论也可为各类膜材料的亲和 - 限域协同设计提供参考。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/whhYy8RPMqlCAuAJIXkacA
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