日前，天津大学化工学院姜忠义、潘福生课题组和南开大学张振杰课题组研制出一种名为“共价有机框架”（COF）的新型膜材料，应用于渗透蒸发脱盐技术，可快速淡化海水，而且该方法整体综合能耗比目前已有的海水淡化技术更低。
　　近年来海水淡化技术兴起了一类新的脱盐技术，即热—膜耦合脱盐技术，如渗透蒸发。该类技术既具有热法的相变过程，也具有膜法选择渗透特性，因此在能耗和脱盐性能上均表现出独特优势。
　　目前，渗透蒸发技术用于脱盐尚处于初步探索阶段，其核心技术就是膜材料的选择和制备。近年来，COF作为一种高度规整有序的框架结构高分子，有望成为新一代的脱盐膜材料。不过作为一种晶态材料，COF成膜性较差，制备超薄的COF膜是极大的挑战。
　　研究团队借鉴沙堡蠕虫筑巢过程和巢穴结构，提出了解决方案。沙堡蠕虫是一种生活在海岸边的软体动物，在筑巢时会先收集附近贝壳碎片、沙砾等物质作为筑巢的原材料，而其所分泌的胶状黏液可以将碎片粘合在一起，形成完整的居巢。
　　团队设计制备了具有粘合作用的纳米胶带，用来粘合纳米片边缝，把单片的纳米片拼接起来，从而使单片纳米片的面积增大，形成完整而牢固的结构，膜的整体质量也更高。
　　制备带电COF材料也是一个挑战。研究团队刻意设计了含有吡啶官能团的构筑单体，吡啶官能团非常容易与酸结合进行质子化，使COF材料带正电。因此通过简单的酸处理，就可以得到带正电的纳米胶带，而且质子化程度、强度都非常高。纳米片和纳米胶带正负电中和，从而得到中性、稳定的COF膜。
　　用这种方法制备的COF膜用于渗透蒸发脱盐，处理重量百分比为3.5的氯化钠水溶液，水通量可达每小时267千克/平方米，为市面上传统高分子膜4—10倍，脱盐率达99.9%。同时，COF膜表现出良好的抗污染能力和长期稳定性，盐浓度适用范围广，展现出很强的适用性。
　　将COF膜用于渗透蒸发海水淡化具有广阔的应用前景。此外，COF膜潜在的应用领域也非常广阔。由于COF膜的强筛分性能和有机材料特性，还有望在清洁能源生产、二氧化碳减排等领域得到应用。
　　“团队致力于探索宏量、绿色制备COF的工艺，现在也取得了一些进展。”张振杰介绍，无需加入有毒的低沸点有机溶剂，只采用熔融聚合工艺就可以制备COF。使用这种工艺无需处理危废，降低了成本，同时产率高，目前已经实现了千克级的绿色合成，成本降低到每克1元以下，接近工业化生产成本要求。 （陈曦）