近日，化學(xué)與化工學(xué)院冉瑾教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐銅文院士團(tuán)隊(duì)在高鹽廢水資源化處理研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在氫鍵有機(jī)框架（HOF）膜中構(gòu)建仿生氯離子通道，成功制備出高性能HOF陰離子篩分膜，為陰離子精準(zhǔn)分離技術(shù)的發(fā)展提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Engineering biomimetic chloride channels in ultramicroporous hydrogen-bonded organic framework membranes for high-salinity wastewater valorization”為題發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》。合肥工業(yè)大學(xué)為論文第一通訊單位。

圖1.具有仿生氯離子通道的HOF膜設(shè)計(jì)

高鹽廢水處理中，Cl?/SO?2?的高效分離是關(guān)鍵難題。自然界CLC氯離子通道因超快Cl?滲透速率和優(yōu)異選擇性，為人工離子通道設(shè)計(jì)提供了藍(lán)圖，這得益于其超微孔道的尺寸適應(yīng)性和化學(xué)基團(tuán)對(duì)離子脫水的穩(wěn)定作用。然而，在合成膜材料中精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)仍面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)二維材料、MOFs或COFs雖具可調(diào)孔道，卻難以模擬生物系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的尺寸適應(yīng)性和化學(xué)微環(huán)境調(diào)控能力。

圖2. HOF膜的陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)和篩分機(jī)制

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出一種仿生設(shè)計(jì)策略，通過(guò)在HOF膜中構(gòu)建類(lèi)似CLC氯離子過(guò)濾器的超微孔道結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)陰離子的尺寸篩分和能量補(bǔ)償。該孔道不僅具有對(duì)Cl?的適應(yīng)性尺寸，還引入了氫鍵供體以提供“低粘度”補(bǔ)償作用，有效降低離子脫水過(guò)程中的能量損失。借助Cl?與較大陰離子（如SO?2?）在脫水和能量補(bǔ)償方面的差異，該膜實(shí)現(xiàn)了Cl?/SO?2?選擇性超過(guò)400，比現(xiàn)有同類(lèi)膜高出數(shù)十倍；同時(shí)Cl?滲透速率是商用Neosepta? ACS膜的兩倍。在處理高鹽廢水的電滲析應(yīng)用中，該膜實(shí)現(xiàn)了更高的NaCl產(chǎn)品純度（99.62 wt%對(duì)比72.86 wt%）且能耗比Neosepta^? ACS膜低28.7%。這一研究不僅展現(xiàn)了氫鍵有機(jī)框架作為人工離子通道構(gòu)建平臺(tái)的潛力，也通過(guò)仿生微環(huán)境工程設(shè)計(jì)，為新一代分離膜的開(kāi)發(fā)提供了重要范式。

圖3.高鹽廢水資源化的電滲析示范

上述研究工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持，得到了合肥工業(yè)大學(xué)高性能計(jì)算平臺(tái)和分析測(cè)試中心的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69947-3.

（冉瑾/文 冉瑾/圖 李平/審核）

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