近日，海南大學海洋技術與裝備學院黃瑋團隊在高濃鹽水離子分離領域取得重要進展。該團隊針對傳統膜材料在高鹽環境中分離機制失效、性能顯著衰減等難題，開發出一種新型超分子基離子分離膜，實現了高濃度、多組分混合鹽體系中鉀離子的直接高效分離。
相關研究成果發表在《美國化學會志》上。
高濃鹽水廣泛存在于鹽湖鹵水、海水濃縮液及高鹽工業廢水中，其中往往富含鉀、鋰等重要戰略資源。然而，在高鹽度、多離子共存條件下，離子間競爭傳輸、電荷屏蔽等效應顯著增強，導致傳統分離膜對目標離子的識別能力下降、通量降低，嚴重制約了高濃鹽水資源的直接高效利用。
針對上述問題，黃瑋團隊受生物離子通道“敲擊機制”啟發，將具有離子特異性識別能力的冠醚分子引入共價有機框架的一維納米通道中，構建了一種新型超分子基離子分離膜（18C6-COF）。研究提出并驗證了“陰陽離子雙通道”協同分離機制：陽離子通過超分子識別通道實現精準識別與低阻傳輸，陰離子則經由自由通道快速遷移，從而在時間和空間上有效降低不同離子間的相互干擾。通過材料表征與理論計算相結合，團隊系統闡明了該膜在高鹽環境下仍能保持高選擇性與高通量的內在機制。
實驗結果表明，該分離膜在1 M高濃度鹽溶液中表現出反常增強的分離性能。與低濃度條件相比，鉀離子通量提升44.1倍，鉀鎂分離選擇性提升11.6倍。在總鹽度高達270 g/L的四元混合鹽體系中，該膜仍實現了238.8的單價離子選擇性和1074 mmol·m?2·h?1的鉀離子滲透通量，展現出在極端高鹽環境下直接提鉀、提鋰及高鹽廢水資源化利用方面的應用潛力。
該研究為高濃鹽水體系中離子精準識別與高效傳輸提供了新的理論模型和技術路徑，也為突破傳統分離膜“高選擇性與高通量難以兼得”的瓶頸提供了重要參考。
相關論文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.5c16874