随着化工行业的迅速发展,有机溶剂污染与水资源短缺问题日益突出,急需开发高效节能的分离纯化技术。膜分离技术因具有低能耗、效率高、无相变等优势而备受关注。由纳米片堆叠而成的二维层状膜含有规则的纳米通道,有望实现分子快速传递与精准的分子或离子分离。作为分子/离子的主要传递路径,层状膜纳米通道微结构直接决定了分子/离子的传递与分离效率。因此。精密构筑纳米通道微结构以高效强化分子/离子传递特性,深入研究分子/离子在限域纳米通道内的传质行为是高性能膜结构设计的关键基础问题。本研究,分别设计亲疏异质纳米片和荷电异质纳米片,并以此为构筑单元制备二维异质结构层状膜,研究溶剂分子或离子的传递特性并揭示其限域传质行为。具体研究内容和结论概述如下:（1）亲疏水性异质通道的精密构筑及分子传递过程分析。亲疏异质纳米片通过自组装小尺寸亲水纳米片-三聚氰胺三聚氰酸（CMN,～90 nm）和疏水纳米片石墨相氮化碳（g-C3N4,～90 nm）制备而成。进而,变压真空抽滤构筑具有亲疏异质通道层状膜。不同于传统的亲水/疏水膜,亲疏异质结构层状膜对极性和非极性溶剂表现出相当的亲和力,允许分子在膜表面溶解,随后扩散通过层间通道。分子渗透结果表明,对于物理结构相似,化学亲和力不同的膜,极性溶剂传递能力的差异受溶解和扩散过程的共同控制。然而,非极性分子传递的差异主要受溶解过程控制。而且,建立了适用于异质结构层状膜速率方程。此外,进一步研究了分子在异质通道中的传递行为。在亲水域,通道壁诱导极性分子形成有序的排布,而且在疏水域维持了这种有序的状态。这种传递方式提供了低阻力的传递,使得乙腈的通量高达1025 L m-2 h-1 bar-1。同时,对于尺寸大于1.5 nm染料分子的截留高达90%以上。而非极性分子由于在层间无序的排布表现出较低的通量。这一传递行为的阐述清晰地揭示了异质通道中极性分子的超快传递现象。（2）荷电异质通道的精密构筑及离子传递过程分析。通过前驱体预组装,高温缩聚简易制备二维平面荷电异质纳米片（BN/C3N4）。并以此为构筑单元,低压缓慢抽滤制备荷电异质结构层状膜。相较于同质通道（荷正电/荷负电通道）,异质通道形成大量的、方向相反的静电场,提供给离子与主体流动方向成90°的作用力,严重加剧离子与通道壁的碰撞。这使得单价和二价离子传递受阻,传递速率下降1～2个数量级,达到10-3 mol m-2 h-1,而电中性的水分子则几乎不受干扰实现超快传递。当应用于正渗透（FO）脱盐过程中,该膜表现出高的Na Cl截留率（＞99%）和快速的水渗透(77.1 m L m-2 h-1 bar-1)。此外,长达112 h的脱盐测试也表明了该膜具有良好的结构稳定性。上述工作借助简单的物理学原理实现了化工过程的高效分离,为新型膜结构设计及离子传递过程研究提供新思路。