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24
2026
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06
ACS Nano: 电热协同调控纳米限域水传输实现分子筛分
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背景
在生物燃料提纯等关键分离过程中，水/有机物（如水–乙醇）分离仍高度依赖能耗巨大的蒸馏工艺。膜法渗透汽化因其节能潜力受到关注，但实际应用中仍存在效率瓶颈：一方面，传热依赖外部加热，导致热损失与系统复杂性增加；另一方面，膜表面温度极化效应会削弱驱动力，从而限制通量与分离性能。与此同时，纳米限域空间中的水分子表现出与体相完全不同的传输行为，例如有序排列和超快扩散，为分子筛分提供了新的可能。但如何在埃尺度筛分精度下，同时引入电与热的耦合调控，实现*稳定分离，仍是当前膜材料设计中的重要挑战。
创新
近日，华东理工大学徐至教授团队联合澳大利亚莫纳什大学王焕庭院士提出了一种电–热多物理场协同调控的导电碳分子筛膜策略。通过构建具有良好导电性的碳膜，在通电条件下实现焦耳加热，使热量直接在膜界面局部产生，从根本上消除了传统过程中的温度极化问题。同时，电场的引入进一步调控纳米通道内水分子的取向排列，使其在亚纳米通道中形成有序结构，并改变水与乙醇在界面上的吸附行为。这种“局部加热+电场调控”的协同作用，使膜的分离性能显著提升：相较传统热驱动过程，通量提高约48%，分离因子提升约270%。同时，技术经济分析表明，该体系可实现约60%的能耗降低和超过50%的成本下降，展现出突出的工程潜力。
意义
该工作突破了传统膜分离中“单一物理场驱动”的局限，提出通过电–热协同调控纳米限域流体行为的新范式，将分子传输从被动扩散转变为主动调控过程。更重要的是，这一策略不仅实现了高精度分子筛分与高能效的统一，也为复杂分离体系（如共沸体系）提供了新的解决思路。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/l0rMvKVAjkM67l6EcI1JFg
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