人类活动导致的 CO₂过量排放引发严峻气候变化，从天然气烟气等低浓度点源捕集 CO₂是实现碳中和的关键环节。膜分离技术因能耗低、操作灵活优势显著，但传统聚合物膜受限于渗透性与选择性的此消彼长（Robeson 上限），促进传递膜则存在载体饱和、稳定性差等问题，难以高效处理仅含约 4% CO₂的天然气烟气。支撑离子液体膜（SILMs）结合了离子液体的可调性与高气体选择性，但压差下离子液体易流失成为其工业化应用的核心瓶颈。

针对上述问题，美国纽约州立大学布法罗分校 Miao Yu 团队设计制备了纳米限域离子液体（NCIL）膜，将高 CO₂选择性的 1 - 乙基 - 3 - 甲基咪唑鎓甘氨酸（[Emim][Gly]）氨基酸离子液体，限域于超薄、开放且均匀的单壁碳纳米管（SWCNT）网络中，实现了低浓度 CO₂的高效分离。

结构表征显示，该 NCIL 膜厚度约 560nm，表面无缺陷，离子液体成功负载并形成连续分离层。通过优化碳纳米管负载量，在 60mg・m⁻² 时网络孔径约 11nm，N₂渗透率达 106GPU，气体传质阻力极低，且网络对离子液体的限域能力可承受超过 30bar 的高压，保障了膜的机械稳定性。进一步调控离子液体浸涂浓度，在 150mg・mL⁻¹ 时非选择性通道被有效抑制，膜获得最优分离性能。

性能测试表明，在模拟天然气烟气条件下，NCIL 膜实现了1654GPU 的 CO₂渗透率与 1132 的 CO₂/N₂选择性，远超多数已报道的离子液体膜与促进传递膜，其分离机制符合典型的促进传递特征。膜在 60-80℃范围内性能随温度升高显著提升，且 100 小时连续运行性能稳定，CO₂浓度切换后可快速恢复。

工业放大验证显示，将 NCIL 膜涂覆于 75cm² 中空纤维支撑体制备的膜组件，单级分离即可将 CO₂纯度从 4.2% 提升至 98%，最高捕集率达 54%，且 100 小时连续运行中 CO₂纯度与捕集率保持稳定。