课题组经过引进竞争性可逆共价键合战略，完成了孔道巨细和孔内亲疏水环境随深度梯度改变的COFs薄膜的制备，该别离膜展示出超高通量膜蒸馏海水淡化功用。
跟着全球人口的敏捷添加和工业的继续不断的开展，淡水资源缺少渐渐的变成了亟待处理的全球性问题，海水淡化是处理淡水危机问题的有效途径。在许多海水淡化技能中，膜蒸馏（MD）技能使用膜两边蒸汽压力差为传质驱动力并经过热驱动使得水蒸气穿过多孔的疏水膜资料来脱盐，在处理高浓度、高污染盐水和使用工业废热等低档次热以及太阳能、地热能方面具有巨大优势。但是，传统聚合物疏水MD膜通量低且面对严峻的膜污染和膜滋润等问题，严峻约束了膜蒸馏技能的逐渐开展。共价有机结构（Covalent organic frameworks，COFs）资料是一类由有机构筑单元经过共价键衔接的、具有周期性结构的晶态有机多孔聚合物。COFs资料的高孔隙率、周期性的敞开孔道及可功用化等特色使其成为抱负的MD膜资料，为新一代MD膜的开展带来了关键。
近来，北京理工大学的王博教授、冯霄教授团队以具有规整贯穿纳米孔道的二维COFs薄膜为根底，经过引进竞争性可逆共价键合战略，完成了孔道巨细和孔内亲疏水环境随深度梯度改变的COFs薄膜的制备，该别离膜展示出超高通量膜蒸馏海水淡化功用。中科大王奉超团队使用分子动力学模仿证明了限域纳米孔道中水蒸腾的增强效应，为试验成果供给了强有力的理论支撑。
该别离膜完成了超高通量海水淡化。依据竞争性可逆共价键战略的COFs复合膜（COFDT-）具有现在报导最高的膜蒸馏海水淡化功用，在确保NaCl截留率为99.99%的一起，通量可达220 Lm-2h-1，是现在商业MD膜通量的3倍（3.5wt.% NaCl溶液为进料液，测验温度65℃）。单纯COF别离层（COFDT-E18）理论通量高达1800 L m2h1。笔直贯穿的纳米孔道（3.2 nm）以及较短的传输途径，减小了水蒸气的跨膜阻力，导致通量大幅提高。
图1：(a)经过竞争性可逆共价键战略在COFs薄膜中构筑孔径和孔内亲疏水性梯度；(b)不同膜资料孔道中水蒸气传输途径暗示。
梯度纳米孔道精密调控完成高抗污染和抗滋润功用。竞争性可逆共价键战略在COFs薄膜中构建的孔径以及亲疏水梯度赋予膜资料优异的抗污染功用，外表亲水性的提高降低了油性污染物质的粘附。此外，纳米孔内静电排挤效果的增强，延缓了孔壁盐结晶，降低了膜滋润危险，赋予其处理高浓度盐水的才能（17.5% NaCl溶液）与长期运转稳定性。
图4：COFDT-膜脱盐功用、抗污染、抗滋润功用测验以及膜组件功用测验。
该别离膜开展了纳米限域蒸腾增强效应。分子动力学模仿依据成果得出液-疏水壁界面处液体层的蒸腾能垒要低于液-汽界面中心处的蒸腾能垒，导致水在纳米限域孔道中的蒸腾量添加，而且蒸腾速率表现出与尺度相关特性，即孔径越小，蒸腾速率越快。为验证这一观念，合成了具有不一样孔径的COFPT（2.2 nm）和COFTT（1.8 nm）薄膜，两者均展示出较高的通量，分别为235和250 L m2h1（3.5 wt.% NaCl溶液为进料液，测验温度65℃）。（来历：科学网）