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28
2026
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07
ACS Nano: 打破“通量–润湿”困局，图案化COF Janus膜实现高通量抗污染海水淡化
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背景
在高盐废水处理与海水淡化领域，膜蒸馏（MD）因其低能耗与高盐截留能力被视为*具潜力的技术路径。然而，其实际应用长期受制于一个核心矛盾：为了防止液体侵入，膜通常需要保持强疏水性，但这往往会限制水蒸气传输，从而降低通量；反之，引入亲水层虽可提升传质，却容易导致孔道阻塞或润湿失效。此外，在真实复杂水体系中，表面活性剂、油类污染物等会进一步诱发膜润湿与污染，使得传统膜在高盐、高污染环境下难以长期稳定运行。这些问题表明，仅依赖单一材料或简单结构调控，难以同时实现高通量、高选择性与高稳定性。
创新
近日，天津大学赵颂教授团队提出了一种图案化COF Janus膜，通过在疏水PTFE基底上构筑具有亚纳米孔的亲水COF层，实现“结构–界面–传输机制”的协同设计。这一体系的关键在于其独特的“水富集–蒸发协同机制”。图案化的亲水表面能够优先吸附并富集水分子，同时通过毛细作用持续补给蒸发界面；而COF中高度有序的亚纳米孔道则对水分子氢键网络进行重构，降低汽化能垒，从而显著加快水的蒸发与传输过程。与此同时，疏水基底维持对液态水的排斥能力，避免孔道被润湿。这种双重协同使膜在性能上实现突破：在保证超过99.99%脱盐率的同时，水通量达到121.7 L m⁻² h⁻¹，相较传统PTFE膜提升约72%。更重要的是，该膜在表面活性剂与油污染条件下仍表现出优异的抗润湿与抗污染能力，能够在苛刻环境中长期稳定运行。
意义
该工作突破了膜蒸馏领域长期存在的“通量–润湿权衡”，提出了一种通过纳米限域与界面工程协同调控水行为的新思路。相比传统依赖材料本征疏水性的策略，这种设计将水传输过程本身纳入调控对象，通过“调结构”来“调水”，实现性能跃迁。从应用角度看，这一策略为处理高盐、高污染废水提供了更具可行性的解决方案，有望在工业废水回用、海水淡化以及资源化利用等领域发挥重要作用。更广泛地，这项研究也为下一代高性能分离膜提供了一个通用设计范式，即通过*调控纳米通道结构与界面微环境，实现传质效率与稳定性的同步提升。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/4oxRkxGytSctov5ihmrgPg
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