據材料人微信公眾平臺2019年2月5日訊 膜分離過(guò)程廣泛應用于食品加工、廢水處理、海水淡化、生物工程等領(lǐng)域。以海水淡化為例，基于分離膜的反滲透（Reserve Osmosis, 簡(jiǎn)寫(xiě)：RO）裝置能從海水、苦咸水中提取淡化，已大規模裝載于世界各地的海水淡化工廠(chǎng)。膜分離過(guò)程所用裝置的核心單元為一類(lèi)具有選擇透過(guò)性的薄膜，它們允許混合物中所需目標組分的高速通透(即滲透性)，同時(shí)拒絕或減緩其他組分的通過(guò)（即選擇性），從而達到分離或提純的目的。經(jīng)過(guò)數十年的發(fā)展，目前主流的商用RO膜為聚酰胺復合反滲透膜，其分離層的厚度為200納米左右。

　　長(cháng)久以來(lái)，人們認識到分離膜的滲透性和選擇性之間存在強烈的競爭關(guān)系，也就是說(shuō)，高滲透性的分離膜一般具有較低的選擇性，反之亦然。研究人員一直在尋求打破這一競爭關(guān)系的途徑。近年來(lái)，納米技術(shù)的興起帶來(lái)了大量新穎的納米膜材料和結構。例如，碳納米管和石墨烯等納米多孔膜的厚度遠低于商用聚酰胺膜，因此有望兼具高滲透性和選擇性。近年來(lái)，一類(lèi)特殊的類(lèi)石墨烯納米多孔材料引起了膜技術(shù)研究人員的廣泛關(guān)注——石墨炔(Graphyne)。與多孔石墨烯相比，石墨炔的優(yōu)勢在于其納米孔道天然存在，因而不依賴(lài)打孔過(guò)程，且具有高孔隙率和孔結構均一等特點(diǎn)。

　　最近，南京航空航天大學(xué)郭萬(wàn)林院士（通訊作者）和仇虎副教授（第一作者、共同通訊作者）等人發(fā)表一篇關(guān)于石墨炔膜的綜述。文中討論了多種石墨炔用于海水淡化和氣體分離等應用的最新研究進(jìn)展，顯示石墨炔膜具有遠超商業(yè)膜的高滲透性和高選擇性。隨后分析了石墨炔膜領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展挑戰，包括石墨炔材料的高質(zhì)量可控制備、石墨炔膜的機械性能提升及膜分離性能的準確表征等。最后，重點(diǎn)討論了本領(lǐng)域未來(lái)值得努力的研究方向，以期推動(dòng)石墨炔等二維多孔膜從實(shí)驗室走向工業(yè)應用。研究成果以題為“Graphynes for Water Desalination and Gas Separation”發(fā)布在國際著(zhù)名期刊Adv. Mater.上。

　　1、 納米多孔膜材料的興起

　　納米多孔膜因其低厚度、高機械強度等優(yōu)勢，得到了膜技術(shù)研究人員的廣泛關(guān)注。其中的代表有多孔石墨烯，多孔MoS2和石墨炔等。