近日，我校海洋技术与装备学院光热海水资源利用团队针对传统膜材料在高浓盐水处理中普遍存在的分离机制失效和性能衰减难题，开发出新型超分子基离子分离膜（18C6-COF），率先实现高浓度（1 M）、多组分混合盐溶液中钾离子（K⁺）的直接高效分离。基于深入的材料表征与理论计算分析，研究团队创新性地提出了基于超分子识别作用的“双通道”分离机制，为破解高浓盐水环境下因离子竞争性传输、静电屏蔽等效应带来的离子精准识别能力差、目标离子通量低等关键瓶颈开辟新思路。该新型分离膜在总盐度高达270 g/L的四元混盐中，同时实现了超高的单价离子选择性透过能力（= 238.8）和离子渗透通量（= 1074 mmol m⁻² h⁻¹），表现出优良的卤水直接提钾或提锂潜力，为高浓工业废水零排放处理、浓卤水资源的直接高效分离提供全新的技术参考。

创新点一：阴阳离子双通道分离机制构建

图1：超分子基双通道离子分离膜的设计

受生物离子通道“敲击机制”机理启发，团队创新性地将具有离子特异性识别能力的冠醚分子（18C6）嵌入共价有机框架的一维纳米通道中，构建了“超分子识别通道”与“大环分离自由通道”并行的双通道结构（18C6-COF）。这一结构中，阳离子经由超分子通道实现精准识别与低阻力传递，阴离子则优先通过自由通道快速迁移，使不同离子的传输在时间与空间上有效分离。该机制显著降低了离子间的相互干扰，尤其在复杂、高浓度混合盐溶液中，实现了选择性与通量的同步提升，从根本上克服了传统膜在高盐、多离子共存条件下选择性与通量难以兼得的技术瓶颈。

图2：离子通过敲击机制跨膜传输机理论证及其示意图

创新点二：高浓度混合盐水体系高效分离

图3：高浓盐水分离性能

得益于阴阳离子双通道分离机制，18C6-COF分离膜展现出突破性的浓度响应特性。与传统膜材料在盐浓度升高时性能普遍衰减的规律相反，该膜在1 M高浓度盐溶液中的分离性能呈现反常跃升。与0.1 M低浓度测试条件相比，K⁺通量提升达44.1倍，K⁺/Mg²⁺选择性同步提升11.6倍，实现了离子选择性与渗透性的双重增强。即使在竞争离子共存、总盐度高达270 g/L的四元混合盐复杂体系中，该膜仍保持优异的分离性能，K⁺/Mg²⁺选择性高达238.8，K⁺渗透通量达1074 mmol·m^-2·h^-1。这一反常增强效应，彰显了其在极端高盐环境下实现高通量、高选择性分离的强大潜力与机制优越性。

此次研究得到国家自然科学基金（52403088，52162012）、海南省南海新星科技创新人才平台基金（NHXXRCXM202305）的资助，并得到上海同步辐射光源（BL16B1线站）对GIWAXS测试方面的支持。相关研究以海南大学为唯一通讯单位发表于权威期刊《Journal of the American Chemical Society》。李成成（博士）为论文第一作者，黄玮和张明鑫副研究员为论文的共同通讯作者，李燊副研究员提供了材料计算模拟方面支持。

全文链接： https://doi.org/10.1021/jacs.5c16874