来自CSIR中央盐与海洋化学研究所（CSMCRI）、印度理工学院甘地讷格尔分校（IITGN）、新加坡南洋理工大学以及S N Bose国家基础科学中心的研究团队开发出了一种新型高精度过滤膜。这项研究发表在《美国化学会志》上，描述了一种能帮助工业减少能源消耗并大幅提高水回用的技术。

许多工业活动依赖于将不同物质相互分离。这些分离过程对于药物纯化、纺织染料处理和食品生产等任务至关重要。然而，它们也是制造业中能源最密集的操作之一，约占全球工业能源消耗的40%至50%。大多数工厂仍依赖蒸馏和蒸发等传统方法。虽然有效，但这些方法需要大量能源，并显著增加碳排放。膜基过滤通常被认为是一种更清洁的替代方案，但传统聚合物膜通常含有大小不均的孔隙。随着时间的推移，这些孔隙可能会变形或降解，降低性能，并限制其在苛刻工业环境中的实用性。

“为了解决这些限制，我们设计了一类新型超选择性晶体膜，称为‘POMbranes’，其孔隙宽度约为1纳米，比人类头发丝细数千倍，”CSMCRI高级科学家Shilpi Kushwaha博士说。新膜的灵感来自生物系统，如水通道蛋白，它们通过精确尺寸的通道调节分子运动。为了实现这种控制水平，研究人员使用了多金属氧酸盐（POM）簇。每个簇包含一个天然存在的开口，恰好1纳米宽，并保持永久稳定。据CSMCRI研究学者、文章共同第一作者Priyanka Dobariya女士称：“这些POM是微小的冠状金属簇，中心有一个永久、完美的孔洞，不会改变或变形，这是传统塑料过滤器的最大障碍。”

制造实用膜需要将数十亿个这种微小环状结构排列成连续无缺陷的层。为此，研究人员将柔性化学链连接到POM簇上。当修饰后的簇被放置在水面上时，它们自然铺展并自组织成大面积的超薄薄膜。通过改变连接链的长度，团队能够控制簇的紧密程度。“这迫使分子通过膜的唯一开放路径——每个簇内建的1纳米孔洞，使膜像高科技筛子一样工作，”IITGN材料工程系副教授Raghavan Ranganathan博士补充道。Ranganathan博士和IITGN博士生、文章共同第一作者Vinay Thakur先生还进行了分子级模拟，揭示了膜如何执行过滤功能。

测试表明，这些膜能够区分仅相差100-200道尔顿的分子，这种精度水平用传统聚合物膜极难实现。据CSMCRI首席科学家Ketan Patel博士称，这一能力可能为更可持续的制造工艺创造新机遇。“我们的膜相比现有技术，分离性能提高了近十倍，同时保持柔性、稳定性和可扩展性，”他说。“此外，这些膜具有柔性，在不同酸度水平（pH范围）下稳定，并且可以制造为大面积片材。如果要在工业中广泛采用，这种组合至关重要。”

该技术