芳香族烴是制造塑料、合成纖維和精細化學品的基本化學構建塊，在石油化工和精細化工行業中廣泛應用[1]、[2]、[3]。然而，在生產過程中，芳香族烴常常與烷烴形成共沸混合物。工業分離通常依賴于使用二甲硫酸、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺等溶劑的萃取或共沸蒸餾，但這些過程能耗較高且溶劑回收困難[4]、[5]、[6]、[7]。因此，迫切需要開發更節能的分離技術。滲透分離作為一種基于膜的替代方法，通過利用混合物組分在膜內的溶解度和擴散率差異實現低能耗分離，從而避免了共沸限制[8]、[9]、[10]、[11]。與烷烴相比，芳香族分子具有更高的極性和更密集的π電子云[12]。因此，含有極性官能團（如醚鍵或酰胺鍵）、π共軛框架或過渡金屬位點的膜材料可以與芳香族分子發生π-π或d-π相互作用[13]、[14]、[15]。這些相互作用顯著增強了芳香族分子的親和力和傳輸能力，從而實現了芳香族/烷烴混合物的有效分離。

基于碳的π共軛填料，如石墨[16]、[17]、氧化石墨烯[18]、[19]、[20]和共價有機框架（COF）[9]、[21]、[22]，已被廣泛用于制備選擇性分離芳香族烴的膜。2010年，李等人[23]成功合成了圖狄炔（GDY），這是一種獨特的sp/sp2雜化碳框架[24]、[25]、[26]、[27]。該框架將苯環與乙炔基結合在一起，形成了密集的π共軛網絡。與石墨和氧化石墨烯的密集堆疊結構不同，GDY本身具有平面孔結構，有利于構建低阻力的分子傳輸通道[28]、[29]。此外，與許多COF相比，GDY的sp/sp2雜化碳框架賦予其更好的耐溶劑性和結構穩定性。理論模擬和實驗研究[30]、[31]、[32]均證明了其在氣體分離[33]、[34]、[35]、[36]、海水淡化[37]、[38]、[39]以及液體分離[40]、[41]過程中的優異性能。最近的研究表明，GDY表面對芳香族烴和多環芳烴（PAHs）的吸附突顯了其在選擇性識別和富集芳香族分子方面的強大潛力[42]、[43]、[44]。為了更有效地滿足芳香族/烷烴系統中的高選擇性分離需求，有必要對GDY的孔環境和表面化學性質進行功能調控。通過將三苯胺單元引入GDY的共軛框架中，可以構建基于三苯胺的GDY（TPAGDY）。引入三苯胺不僅可以調節材料的孔環境和極性分布，還可以重構其局部電子結構，同時保持GDY原有的高度共軛特性[45]、[46]。這種多重結構調控顯著增強了材料與芳香族分子之間的相互作用和吸附能力，使TPAGDY成為構建芳香族分子選擇性分離膜的高度有前景的候選材料。

將GDY作為功能填料摻入聚合物基質中可以顯著改善分離膜的界面結構和性能[47]、[48]。例如，胺功能化的圖狄炔（NH?-GDY）通過酸堿相互作用增強了與Nafion的界面相容性，并有效抑制了甲醇的交叉滲透，從而實現了優異的質子選擇性[49]。在氫取代圖狄炔/聚二甲基硅氧烷（HsGDY/PDMS）醇選擇性膜中，引入HsGDY同時提高了乙醇的通量和分離性能，表明其孔結構、π-π相互作用和表面化學性質可以有效地調節質量傳輸行為[50]。然而，填料往往與聚合物基質的界面相容性較差，這可能導致非選擇性空洞、填料聚集和界面缺陷，最終影響膜的選擇性和長期穩定性[50]、[51]、[52]、[53]。為了解決這些問題，原位合成技術能夠直接形成高度分散的納米填料，使其緊密整合在聚合物基質中，從而有效抑制聚集。此外，這種策略還可以有效防止填充材料在長期運行過程中遷移或滲出[54]、[55]。

在本研究中，構建了一種TPAGDY/Pebax雙層膜，其中TPAGDY納米顆粒在Pebax溶液中原位合成，大大提高了其分散性和與聚合物基質的相容性。TPAGDY豐富的吸附位點和明確的孔結構促進了芳香族分子的快速吸附和傳輸，從而顯著提高了滲透通量和分離因子。通過調節TPAGDY的形成動力學和負載量，可以有效地調控芳香族/烷烴混合物的分離性能。對膜的吸附特性、微觀結構和滲透性能進行了全面研究，以闡明控制芳香族選擇性的結構-性質關系。最后，成功制備了大面積膜，展示了TPAGDY/Pebax雙層膜的可擴展潛力，并為開發高性能芳香族/烷烴分離膜提供了可行的材料設計策略。