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08
2026
-
07
AFM: “边缘缝合”MOF膜，兼顾高选择性与抗污染的水处理新范式
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背景
随着新型有机污染物（如PFAS）在水环境中的广泛检出，水处理技术正面临更高要求：不仅需要实现截留，还须具备长期稳定运行能力。二维层状膜因其可调控纳米通道和传质特性，被认为是下一代水处理的重要候选，其中金属–有机框架（MOF）膜更因其本征孔道结构和功能多样性展现出巨大潜力。然而，层状MOF膜在实际应用中仍面临两大核心挑战：一是层间主要依赖弱相互作用，易在水化过程中发生结构松散甚至失稳；二是层间缺陷难以完全消除，导致选择性不足。同时，传统通过引入粘结剂或构建聚酰胺层的方式，虽然增强了稳定性，却往往牺牲了MOF本身的传输通道与界面功能，难以兼顾通量、选择性与抗污染性能。
创新
近日，同济大学夏圣骥教授团队联合郑州大学朱军勇教授提出“分子缝合–界面聚合”策略，在MOF纳米片层间“边缘”实现结构调控。通过引导哌嗪单体在层间侧向空隙中扩散并发生限域反应，原位生成聚酰胺纳米结构，既有效填补层间缺陷，又避免形成覆盖整个表面的致密阻隔层。这种“边缘缝合”结构实现了两个关键突破：一方面，聚酰胺纳米域作为“分子缝线”增强层间连接，使膜结构更加稳定致密；另一方面，保留了MOF表面的高暴露度，从而维持其本征传输特性。更重要的是，该结构在界面上构建出微尺度亲水–疏水异质分布，能够稳定形成高强度水化层，显著提升抗污染能力并抑制有机与生物污染物吸附。
意义
得益于这一结构–界面协同设计，该膜在复杂水体系中实现了优异性能：在保持25.6 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹高通量的同时，对多类PFAS污染物的去除率超过89%，并在真实河水条件下稳定运行30天，几乎无性能衰减。这表明其不仅具备高选择性，还具备工程应用所需的长期可靠性。从更广泛意义上看，该研究突破了传统“增强稳定性必然牺牲功能性”的设计困境，提出了一种兼顾结构稳固、界面调控与传输效率的全新膜设计范式。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/bluPs_suVSDvmp5Z_i_zfw
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