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25
2026
-
07
Nat. Commun.: 让水分子“走高速路”，一种可同时脱盐与去除有机物的超快蒸发膜
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背景
水资源短缺正成为全球性挑战，尤其是在石化、制药和电子制造等行业中产生的复杂废水，往往同时含有高浓度盐分和挥发性有机物（VOCs），处理难度*高。太阳能驱动界面蒸发（SDIE）因其绿色、低碳的特点，被认为是*具潜力的水处理技术，但在实际应用中仍面临三重挑战：既要实现高蒸发速率，又要有效去除污染物，还需保证长期稳定运行。现实问题在于，高盐体系容易在膜表面结晶堵塞通道，而强极性VOCs（如醇类）又与水分子相互作用强，难以通过传统筛分机制分离。现有光热材料往往在蒸发速率与分离效率之间难以兼顾，尤其在高浓度复杂体系中性能显著下降。
创新
近日，河北工业大学纪志永、张盼盼教授团队联合清华大学曲良体教授提出了一种“致密化光热膜”设计，通过分子尺度调控构建“水选择性高速通道”，实现水分子的优先快速传输。其核心在于两个协同设计：一方面，通过机械压缩调控石墨烯层间结构，使通道达到纳米级限域；另一方面，引入亲水聚合物，在通道内构建稳定的水分子氢键网络。这种结构使水分子能够以“链式快速传输”方式迁移，而离子和有机分子则被有效排斥。在尺寸筛分与化学选择性的协同作用下，该膜实现了“只让水通过”的分子级筛选机制。实验结果显示，其蒸发速率高达2.58 kg m⁻² h⁻¹，同时对盐离子和多种VOCs（包括强极性醇类）均表现出接近完全的截留能力，并能在20 wt%高盐环境中稳定运行超过200小时。
意义
该工作突破了传统SDIE体系中“高通量与高选择性难以兼得”的瓶颈，实现了复杂废水体系中*、稳定的净水过程。在应用层面，这种膜材料能够同时处理高盐和高浓度有机污染物，为工业废水资源化提供了一种无需外加化学试剂的绿色解决方案，并具备良好的放大潜力。更重要的是，该研究揭示了一个关键设计原则：通过纳米限域结构与界面化学环境的协同调控，可以在分子层面重构水的传输行为。这一思路不仅适用于光热蒸发体系，也为未来高性能膜分离材料的设计提供了新的范式。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/NJEdGlrWdWDNiiJ9ySgL5w
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