氙气是一种性能优异的麻醉剂，但未回收气体的高昂成本严重限制了其临床应用；该难题的根源在于无法从高湿度、富氙呼出混合气中选择性脱除CO₂。

中国科学院过程工程研究所张锁江院士、罗双江研究员团队开发一种梯度胺化中空纤维膜，通过一种全新调控策略，将水分从性能抑制介质转化为协同增效助剂。

通过可控氨气等离子体处理，在中空纤维膜表面构建厚度低于 10 纳米的梯度胺化功能层，构筑出限域微环境，使水分子发挥双重作用：一方面促进CO₂与胺基发生可逆反应，生成可迁移碳酸氢根离子，加快CO₂传质速率；另一方面形成空间位阻与竞争吸附屏障，选择性阻碍氙气扩散。

在模拟麻醉呼气工况下，依托这种水汽协同促进传质机制，优化后的分离膜实现了超高混合气体CO₂/ 氙气分离选择性（1105±13），CO₂渗透通量达 35.3±1.2 GPU，性能优于现有所有已报道分离膜。该膜在含氧进气体系中可稳定连续运行 720 小时，自研膜组件单级CO₂脱除效率超 99%，验证了其实际应用潜力。

除氙气回收场景外，本研究搭建了可规模化制备的等离子体胺化改性平台，用于构筑分子筛分孔道结构，为耐湿型分离膜的设计提供了普适性理论思路。