近日，化学与化工学院冉瑾教授联合中国科学技术大学徐铜文院士团队在高盐废水资源化处理研究方面取得重要进展。研究团队通过在氢键有机框架（HOF）膜中构建仿生氯离子通道，成功制备出高性能HOF阴离子筛分膜，为阴离子精准分离技术的发展提供了新思路。相关研究成果以“Engineering biomimetic chloride channels in ultramicroporous hydrogen-bonded organic framework membranes for high-salinity wastewater valorization”为题发表于国际著名学术期刊《Nature Communications》。合肥工业大学为论文第一通讯单位。

图1.具有仿生氯离子通道的HOF膜设计

高盐废水处理中，Cl⁻/SO₄²⁻的高效分离是关键难题。自然界CLC氯离子通道因超快Cl⁻渗透速率和优异选择性，为人工离子通道设计提供了蓝图，这得益于其超微孔道的尺寸适应性和化学基团对离子脱水的稳定作用。然而，在合成膜材料中精准复现这种结构仍面临挑战。传统二维材料、MOFs或COFs虽具可调孔道，却难以模拟生物系统动态的尺寸适应性和化学微环境调控能力。

图2. HOF膜的阴离子转运和筛分机制

针对上述挑战，研究团队提出一种仿生设计策略，通过在HOF膜中构建类似CLC氯离子过滤器的超微孔道结构，实现对阴离子的尺寸筛分和能量补偿。该孔道不仅具有对Cl⁻的适应性尺寸，还引入了氢键供体以提供“低粘度”补偿作用，有效降低离子脱水过程中的能量损失。借助Cl⁻与较大阴离子（如SO₄²⁻）在脱水和能量补偿方面的差异，该膜实现了Cl⁻/SO₄²⁻选择性超过400，比现有同类膜高出数十倍；同时Cl⁻渗透速率是商用Neosepta® ACS膜的两倍。在处理高盐废水的电渗析应用中，该膜实现了更高的NaCl产品纯度（99.62 wt%对比72.86 wt%）且能耗比Neosepta^® ACS膜低28.7%。这一研究不仅展现了氢键有机框架作为人工离子通道构建平台的潜力，也通过仿生微环境工程设计，为新一代分离膜的开发提供了重要范式。

图3.高盐废水资源化的电渗析示范

上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目支持，得到了合肥工业大学高性能计算平台和分析测试中心的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-69947-3.

（冉瑾/文 冉瑾/图 李平4/审核）

责任编辑：程婷婷