非常规水资源开发是解决全球水资源短缺问题的必要途径和重大挑战。纳滤膜分离技术以其低能耗、环境友好等特点,已成为解决废水纯化与资源化关键问题的前沿技术。膜孔为纳滤质量传递提供通道,是传递机制的主要载体和实现高效分离的关键因素。为强化纳滤过程,需从分子水平深入揭示通道内部传质机理,指导传质通道理性设计与精密构筑。受细胞膜高效传质启发,本研究面向水处理重大需求,从通道密度、通道长度和通道微环境三个维度出发,提出了纳滤膜传质通道的多级结构调控策略。利用多种化学自组装成膜方法,开发了聚多巴胺、金属有机磷酸和共价有机框架等材料,制备了具有高通道密度、超短通道长度和超强通道电荷的纳滤膜,高效强化纳滤分离过程,为纳滤膜传质通道多级结构设计与高性能纳滤膜制备提供了理论基础与技术支撑。主要研究内容及结果如下:聚多巴胺膜内高密度传质通道构筑与传质机制优化。基于多酚化学,以氨基化多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）作为分子级调控器,通过一步共沉积组装,实现了聚多巴胺膜传质通道的精密调控。多功能POSS的物理嵌入与化学交联协同作用有效提高了膜通道密度且将通道尺寸维持在1.04-1.07 nm范围内,可使小尺寸水分子与盐离子高效透过而大尺寸染料分子被截留。优化的聚多巴胺复合膜展现出优异的染料/盐选择性,且渗透通量达109.9 L m-2 h-1 bar-1。此外,POSS纳米颗粒的刚性结构可与聚多巴胺共价交联,提升传质通道稳定性。金属有机磷酸膜内超短传质通道构筑与传质机制优化。基于配位化学,利用配位键强度可调特性,提出面向超薄膜制备的强配位组装策略。以植酸为强电子供体、金属离子为电子受体,组装得到金属-有机磷酸膜。通过调控离子类型、离子/配体浓度研究了配位组装行为对膜通道结构影响规律,制备得到厚度小于10nm的金属有机磷酸膜。利用膜内超短传质通道与优化的通道尺寸,实现水分子快速通过与染料高效截留,水通量达109.8 L m-2 h-1 bar-1且对多种染料截留率大于95%。此外,高强度的金属-磷酸配位键赋予纳滤膜传质通道强稳定性。共价有机框架膜内超强荷电传质通道构筑与传质机制优化。受荷电生物通道的非位阻离子传质启发,基于筑网化学合成磺化共价有机框架（COF）纳米片并组装得到荷电COF膜。高度取向的晶态COF具有规整的大尺寸荷电通道,可通过限域静电排斥实现截留小尺寸离子,水渗透性高出位阻筛分膜1-2个数量级。优化的荷电COF膜水通量达121.4 L m-2 h-1 bar-1,硫酸钠截留率为93.5%,对痕量硼酸根离子脱除率达70%以上。