意昂3官网化學與化工學院王博教授和馮霄教授團隊成功研發出新型晶態納米孔薄膜，對65 oC鹽水或濃汙水（該溫度可以通過廢熱或太陽熱能等無額外能耗方式簡單實現）進行高效膜蒸餾過程🟧，每平方米薄膜每小時蒸餾水（99.99%NaCl截留率）產量可達到220升，該通量是目前商業MD膜通量的3倍，單純COF分離層理論純水通量更是高達1800升每平方米每小時。該分離膜還展現出優異的抗汙染和抗浸潤能力，在超過100小時連續工作過程中性能無衰減。

據統計全球有超過20億人無法獲得潔凈安全的飲用水🗡，因此淡水資源短缺問題是21世紀人類面臨的嚴峻挑戰，海水淡化是解決這一危機的有效途徑🕦👩‍💻。目前，海水淡化技術主要包括：反滲透技術（RO）、正滲透（FO）🏣、多效蒸餾（MED）、多級閃蒸（MSF）👨🏻‍🍼🔞、以及膜蒸餾（MD）等✒️。在過去幾十年中，全球海水淡化廠的數量迅猛增長🚣🏿‍♂️，海水淡化產量每年可達到約380億立方米，且50%以上的海水淡化廠使用的是反滲透技術🧑🏿‍⚖️。然而，RO是能源密集型技術，考慮到能源與水產出之間的相互依賴性，最大限度地降低海水淡化過程中的能耗尤為重要🧒🏿。此外，由於欠發達地區能源基礎設施較差，因此利用可再生能源進行水處理的能力是不可或缺。

膜蒸餾（MD）技術利用膜兩側蒸汽壓力差為傳質驅動力並通過熱驅動使得水蒸氣穿過多孔的疏水膜材料進行脫鹽🤟🏼。膜蒸餾是膜技術與低溫揮發技術相結合的產物⛹🏽，綜合了反滲透和蒸餾技術的優點🦸🏽‍♀️，可實現對溶液中鹽離子接近100%的去除🌙，在處理高濃度、高汙染鹽水和利用工業廢熱等低品位熱以及太陽能、地熱能方面具有巨大優勢✊🏽。此外，MD脫鹽系統相比於傳統熱脫鹽工藝（MED和MSF）設備簡單、操作簡便，具有構成大規模生產體系的靈活性👨🏼‍🔧。因此，MD作為一種可持續的、低能耗的海水淡化技術在諸多海水淡化工程中具有一定競爭力與應用前景。然而⛑️，傳統聚合物疏水MD膜通量低且面臨嚴重的膜汙染和膜浸潤等問題，嚴重限製了膜蒸餾技術的進一步發展。

膜蒸餾過程的核心是多孔疏水膜，理想的膜蒸餾用膜應同時兼顧高疏水性👨🏻‍🦳、高孔隙率🤌🏿、窄孔徑分布和較小的彎曲因子🐭，並且傳統經驗公式認為大孔疏水膜更有利於增大通量。然而，傳統的聚合物材料以及膜製備方法很難同時滿足這些條件，並且難以實現對膜孔道結構的精確調控。因此👨🏻‍🏭，開發新型膜材料以及分離膜製備方法對推動膜蒸餾技術的發展具有重要意義🖇。

意昂3官网的王博教授和馮霄教授團隊以具有規整貫穿納米孔道的二維共價有機框架（COF）薄膜為基礎，通過引入競爭性可逆共價鍵合策略，實現了孔道大小和孔內親疏水環境隨深度梯度變化的COFs薄膜的製備。利用COF薄膜限域納米孔道中水蒸發的增強效應👯‍♂️，實現了超高通量膜蒸餾海水淡化，顛覆了對MD膜材料需要大孔徑孔道的傳統認知👨🏼‍⚖️，為開發下一代高性能MD分離膜提供了理論支持。相關意昂3平台以“Hydrophilicity gradient in covalent organic frameworks for membrane distillation”為題，發表在《Nature Materials》上，該文通訊作者是馮霄📵、王奉超、王博；第一作者是趙爽、蔣成浩、範競存🐴；本文實驗部分由北理工完成，中科大王奉超團隊利用分子動力學模擬為實驗結果提供了強有力的理論支撐。