新闻资讯
NEWS CENTER
01
2026
-
07
JMS: 从“均匀电荷”到“梯度调控”，打破单价离子分离的性能瓶颈
作者：
背景
单价离子选择性膜在盐湖提锂、废水资源化和海水淡化等领域具有重要应用价值，其核心目标是在实现高选择性的同时保持低传输阻力。然而，传统膜设计始终受制于“通量–选择性权衡”：要么依赖致密结构实现尺寸筛分，却导致离子扩散受限、阻力升高；要么通过强电荷排斥增强选择性，却牺牲了离子透过能力。从机理上看，离子跨膜传输包含两个关键阶段：首先是在膜表面的筛分与分配，其次是在膜内部的扩散传输。现有均匀电荷或复合电荷结构往往只能优化其中一个阶段，却难以兼顾整体过程，最终导致传输拥堵与效率下降。这一结构性矛盾，成为制约高性能单价离子选择性膜发展的核心瓶颈。
创新
近日，中国科学技术大学徐铜文院士、汪耀明教授团队研究提出了一种“非对称电荷分布”膜结构，通过沿传输方向构建同号但梯度变化的电荷体系，重构离子传输机制。该膜由低电荷密度的致密表层与高电荷密度的疏松次层组成：前者负责*筛分，后者则降低传输阻力并加速离子扩散。这种结构的关键在于形成内建的能垒梯度，使单价离子在通过表层筛分后，被“驱动”进入高电荷层，从而迅速释放表层的传输位点，避免传统膜中常见的界面拥堵问题。结果是，筛分与扩散两个阶段实现了动态协同，而不再相互制约。实验结果显示，该非对称结构在保持高选择性的同时显著降低膜阻力，实现Cl⁻/SO₄²⁻选择性提升2.5倍、传输阻力降低一个数量级，并成功实现工业高盐废水中99.92 wt%高纯NaCl回收，验证了其实际应用潜力。
意义
这项工作提供了一种全新的膜结构设计范式：通过空间电荷梯度调控离子传输路径，而非单纯依赖孔径或表面电荷强度，从根本上突破了传统“通量–选择性”权衡关系。这一思路不仅适用于阴离子分离，也具有向阳离子体系推广的普适性，为多价/单价离子*分离提供了新的技术路线。在更广泛的意义上，该研究表明，通过对传输过程进行“分阶段协同设计”，可以在复杂分离体系中实现性能跃迁。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/-R3hZUx5B8I91YVSC5Bavg
相关新闻
