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04
2026
-
08
Matter: 会“自愈”的分离膜，动态互穿网络破解性能与寿命的两难困局
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背景
膜分离技术因其低能耗与低碳优势，已成为化工分离过程的重要替代方案，但膜材料在实际应用中不可避免地会因机械损伤、污染或老化而失效，一旦产生缺陷，分离选择性迅速下降，使用寿命大幅缩短。当前全球废弃聚合物膜规模已十分可观，而传统的再生方法往往依赖溶剂处理或复杂工艺，既不环保也难以规模化推广。从材料本质上看，传统膜依赖*化学交联结构，一旦破坏难以修复；而近年来兴起的动态共价网络虽具备自修复能力，却往往牺牲了结构致密性与分离性能。因此，如何在“可修复性”与“*分离性能”之间实现兼顾，成为下一代膜材料设计的核心挑战。
创新
近日，北京化工大学秦培勇、曹鹏飞教授团队提出了一种动态均相互穿网络膜结构，通过将两类功能网络协同整合，实现性能与可恢复性的统一：其中，基于亚胺键的动态共价网络赋予膜材料自修复能力，可通过键交换实现损伤后的结构重构；而由甲基丙烯酸酯交联构建的*PDMS网络则提供致密稳定的分离通道，确保*传质与分子筛分。两种网络共享相同的硅氧主链，实现高度相容的互穿结构，从根本上避免了非选择性缺陷的产生。实验结果表明，该膜在受损后可恢复92.4%的强度和94.5%的延展性，同时在分离性能上实现3.3倍通量提升，并在修复后保持94%的分离因子，通量波动仅约4.5%。结合分子模拟进一步揭示了动态键交换在微观尺度上的自愈机制，为结构–性能关系提供了直接证据。
意义
这一工作打破了传统膜材料“高性能不可修复、可修复性能不足”的固有矛盾，通过动态与*网络的协同设计，实现了分离效率与材料寿命的同步提升，为膜材料从“消耗品”向“可循环使用功能材料”的转变提供了新路径。其设计理念不仅适用于有机物分离，还可拓展至水处理、生物燃料分离及资源回收等多种场景，对降低膜分离过程的全生命周期成本和环境负担具有重要意义。从更广泛的角度看，这种动态互穿网络策略为功能高分子材料的可持续设计提供了通用范式，有望推动分离材料向更智能、更耐用、更绿色的方向发展。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/5cVXfVKlg1egBp_GR2nxog
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