硼在核能、半导体、玻璃及农业等领域具有重要应用价值，盐湖卤水是硼资源开发的重要来源。然而，盐湖卤水通常具有高盐度、硼含量相对较低、共存离子复杂以及天然有机物含量较高等特点。大量存在的 Mg²⁺、Na⁺、Ca²⁺、K⁺、Cl⁻和SO₄²⁻等离子，以及腐殖酸等有机物，不仅会与硼发生竞争作用，还容易引发膜污染，影响硼的选择性捕获与长期运行稳定性。针对这一关键科学问题，青海盐湖所盐湖有机质与硼钾分离课题组通过将非溶剂诱导相分离与原位接枝相结合，成功构筑了羟基协同超支化C–N骨架 PVC/PEI/GLY 硼亲和分离膜，并结合DFT计算与光谱表征，揭示了C–N骨架协同羟基捕获硼的微观机制，为高盐体系中硼资源回收及高性能亲和膜设计提供了新的思路。

图1 C-N骨架-羟基协同位点捕获硼机理及盐湖卤水提硼示意图。

研究取得以下发现：

1. 揭示了C–N骨架-羟基协同位点捕获硼的作用机理。DFT计算表明，C–N骨架–羟基协同位点对B(OH)₃的吸附能为−1.0637 eV，强于多羟基位点（−0.7281 eV）和末端氨基–羟基位点（−0.6019 eV）。结合吸附后的 XPS 和 FTIR 表征，研究进一步揭示了C–N骨架对局部电子环境的调控作用，以及其与羟基协同增强硼捕获能力的微观机制。

2.真实盐湖卤水体系下快速吸附分离硼。通过相转化与原位接枝的协同作用，构建了具有互连指状大孔通道和超亲水表面的PVC/PEI/GLY膜，纯水渗透率为 236.36 L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹，通量恢复率为83.22%。吸附平衡时间为8 min，室温下硼最大吸附容量达129.59 mg/g。真实盐湖卤水中该膜仍保持初始吸附容量的 87.8%，10次循环再生效率达91.84%，展现出较好的实际应用潜力。

该研究成果近期以“Fast-kinetic and antifouling hydroxyl-synergistic hyperbranched C–N framework membrane for selective boron recovery from salt-lake brines”为题发表在知名期刊《Journal of Membrane Science》（一区Top，IF=8.8）。全文链接：https://www.x-mol.com/paperRedirect/2094157875506073600。青海盐湖所博士生崔鹏洋为第一作者，博士生胡真榕为共同一作，刘鑫研究员和彭姣玉副研究员为共同通讯作者，中国科学院青海盐湖研究所为第一署名单位。本项工作通过“膜结构-分离机制”的一体化设计，为复杂盐湖体系中硼的选择性捕获提供了有效的界面电子调控策略，也为开发新型膜吸附材料提供理论参考。

另外，针对传统吸附材料分离盐湖卤水难以兼顾吸附速率与选择性的关键问题。研究团队通过点击化学策略，将多元醇基团引入共价有机框架（COF）孔道，成功构筑了兼具快速传质和特异性识别能力的Gal0.50-TAPB-BPTA-COF吸附材料。孔道内引入的多羟基位点一方面提升了孔道亲水性，另一方面基于多重氢键作用实现硼酸根在活性位点附近的预富集，为后续螯合反应创造有利条件。

图2 (a) Gal0.50-TAPB-BPTA-COF超快选择性捕获硼机理示意图；(b) 不同结合构型的氢键及范德华非共价相互作用分析

研究取得以下发现：

1．揭示了“氢键预组织-双齿螯合”协同吸附机制。结合光谱表征与理论计算（IGMH）表明，多元醇基团与硼酸根之间可形成多重氢键，强化初始相互作用并诱导硼酸根形成适配后续反应的空间构型；在此基础上，硼酸根与邻二醇位点经脱水螯合，生成稳定的五元环硼酸酯结构。该氢键介导的预组织效应和亲水有序孔道协同耦合，是实现硼快速吸附的核心机制。

2. 真实盐湖卤水体系下快速吸附分离。基于COF有序孔道优异的传质特性以及三唑环结构的稳定性，该材料在室温下10 min 内即可达到吸附平衡，平衡时间缩短至商用硼选择性树脂的1/25。历经7次吸附-解吸循环后，吸附容量保持率可达96.9%，在浓缩盐湖老卤中硼的吸附容量仍可达93.8%。选择性能优异，分配系数Kd为17ml•g-1，B/Mg分离系数高达395。展现出较大的应用潜力。

该研究成果以“Polyol-functionalized covalent organic frameworks for ultrafast and highly selective boron capture from brines”为题发表于《Separation and Purification Technology》期刊（JCR一区Top，IF=9.1），全文链接：10.1016/j.seppur.2026.139033。青海盐湖所硕士生黄九州为第一作者，彭姣玉副研究员为通讯作者，中国科学院青海盐湖研究所为第一署名单位。

上述研究得到青海省国际科技合作专项、国家自然科学基金、中国科学院基础研究青年团队计划、青海省“昆仑英才”计划等项目支持。

撰文：彭姣玉

审核：葛  飞