印度研究团队开发出一纳米孔径POMbranes超精密分离膜，分离性能提升近十倍

B910化工消息：6月12日消息，印度中央盐与海洋化学研究所（CSMCRI）和印度理工学院甘地纳加尔分校（IITGN）的研究团队开发出一类名为POMbranes的超选择性结晶分离膜，其孔径仅1纳米（约为人头发丝直径的数千分之一），有望革新工业分离过程。

分离操作是制药纯化、纺织染料处理和食品生产等工业的核心环节，约占全球工业能耗的40%至50%。传统方法依赖蒸馏和蒸发，能耗巨大且碳排放高。膜分离技术被视为更清洁的替代方案，但常规聚合物膜的孔径不均匀，且随时间推移孔洞会变形或退化，限制了其在苛刻工业环境中的实用性。

研究团队从生物系统中的水通道蛋白获得灵感，利用聚金属氧酸盐（POM）团簇构建了新型分离膜。每个POM团簇呈冠形金属簇结构，中心有一个天然形成的、直径恰好为1纳米的孔洞，且永久稳定不变形——这恰恰克服了传统塑料过滤器面临的最大障碍。

CSMCRI资深科学家Shilpi Kushwaha博士表示："为克服现有技术的局限，我们设计了一种名为POMbranes的超选择性结晶膜，其孔径约1纳米。"CSMCRI研究学者、共同第一作者Priyanka Dobariya指出："这些POM是微小的冠形金属簇，中心有一个永久、完美的孔洞，不会改变或变形。"

为构建实用的分离膜，研究人员在POM团簇上连接柔性化学链。当改性团簇置于水中时，它们自然展开并自组装形成大面积超薄膜。通过改变连接链的长度，团队可控制团簇的紧密排列程度，迫使分子只能通过每个团簇中1纳米的孔洞穿越膜层。

IITGN材料工程系副教授Raghavan Ranganathan博士和博士生Vinay Thakur（共同第一作者）还进行了分子级模拟，揭示膜的过滤机制。测试显示，该膜可区分分子量差异仅100-200道尔顿的分子，这种精度用传统聚合物膜极难实现。

CSMCRI首席科学家Ketan Patel博士表示："我们的膜相比现有技术分离性能提升近十倍，同时保持柔韧性、稳定性和可扩展性。这些膜在不同酸碱度范围内均保持稳定，且可制成大面积片材——这些都是膜技术能否被工业广泛采用的关键条件。"

该技术对印度纺织和制药产业具有特别价值。印度纺织服装行业贡献GDP的2.3%以上，约占该国出口的13%。研究团队认为，POMbranes有潜力为这些行业创造更可持续的制造工艺。 （来源：ScienceDaily）