近日，环境学院青年教师张哲副教授在稀有金属离子分离膜领域取得了重要进展，相关成果以“Covalent organic framework membranes with vertically aligned nanorods for efficient separation of rare metal ions”为题发表在期刊Nature Communications《自然·通讯》。我校研究生刘青华为第一作者，张哲副教授为共同通讯作者。

稀有金属是不可再生的关键战略资源，加强稀有金属的回收再利用，对保障国家资源安全、推动经济社会高质量发展具有重大意义。膜分离技术可用于水溶液中稀有金属离子的选择性分离与富集，但现有膜材料由于成膜原理的固有限制，在孔径分布、孔道内功能化等方面存在明显不足，难以满足离子分离过程的高精度要求，限制了其在稀有金属离子分离方面的应用。

为此，本论文提出采用一类新型的多孔框架材料，共价有机框架（COF）为成膜材料，利用在孔道均一性和孔内化学性质可调方面的突出优势，设计并制备了一种全新的具有非对称结构的COF膜，用于稀有金属离子镧、锶、铯的选择性分离。研究发现，该非对称结构上部为垂直取向的纳米棒，增大了有效接触面积，利于水分子和单价离子的收集；而下部为厚度仅为29 nm的超薄分离层，赋予离子高渗透选择性。该COF膜展现出优异的分离性能，例如超快的铯离子渗透性（0.33 mol m^-2h^-1），并分别在理想和实际混合体系中展现出高达75.9和69.8的铯/镧选择性。这项工作为稀有金属离子分离膜的设计与制备提供了新思路，有望进一步推动膜分离技术在关键战略资源超常富集和循环再利用方面的应用。

该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-53625-3

作者：环境科学与工程学院；审核：张雪英