Freshwater scarcity remains a serious global issue, and the development of precise and energy-efficient separation technologies is essential to address this challenge. This review explores recent advances in high-efficiency separation processes for water treatment from the perspective of the water-energy nexus (WEN), focusing on three key strategies: adsorption, membrane filtration, and membrane distillation. In adsorption, various studies have been conducted to achieve rapid and selective removal of trace contaminants using porous organic polymers (POPs) with high surface areas and diverse functional groups. In membrane filtration, interfacial polymerization based on macrocyclic monomers and hierarchical pore control has been evaluated as an effective strategy for simultaneously improving permeability and selectivity. In membrane distillation, photothermal membrane distillation (PMD), which employs photothermal nanomaterials and solar-driven localized heating, is gaining attention as a next-generation desalination technology suitable for off-grid applications based on renewable energy. PMD offers advantages such as stable operation under low-temperature and low-pressure conditions, high resistance to fouling, and simplified system design, thereby overcoming the limitations of conventional membrane distillation. This review outlines strategic directions for the development of next-generation sustainable water treatment technologies through an integrated approach combining chemical design and structural control, with a focus on realizing the WEN.

담수 부족은 여전히 심각한 세계적 문제로 남아 있으며, 이를 해결하기 위한 정밀하고 에너지 효율적인 분리 기술의 개발이 필수적이다. 본 리뷰에서는 물-에너지 넥서스(water-energy nexus, WEN) 관점에서 수처리를 위한 고효율 분리 공정의 최신 발전 동향을 다루며, 흡착, 멤브레인 여과, 멤브레인 증류의 세 가지 주요 전략을 중심으로 각 기술의 화학적 기능화 및 구조적 설계 접근을 논의한다. 흡착에서는 다공성 유기 고분자(porous organic polymers, POPs)의 높은 표면적과 다양한 기능기를 통해 미량 오염물질을 빠르고 선택적으로 제거하려는 다양한 연구가 이루어지고 있다. 멤브레인 여과에서는 거대고리 단량체 기반의 계면 중합과 계층적 기공 제어가 투과도와 선택도를 동시에 향상하는 효과적인 전략으로 평가되고 있다. 멤브레인 증류에서는 광열 나노소재와 태양광 기반 국소 가열을 이용하는 광열 멤브레인 증류(photothermal membrane distillation, PMD)가 저온·저압에서의 안정적 운전과 높은 오염 저항성, 시스템 단순화 등의 장점으로 인해 기존 멤브레인 증류(membrane distillation, MD)의 한계를 극복한 재생 에너지 기반 오프그리드 형 담수화 기술로 주목받고 있다. 본 리뷰는 이러한 화학적 설계와 구조 제어의 통합적 접근을 바탕으로, WEN 구현을 위한 지속 가능한 차세대 수처리 기술 개발의 전략적 방향을 제시한다.

Keywords: -에너지 넥서스(WEN), 고효율 분리 기술(High-efficiency separation technologies), 다공성 유기 고분자(POPs), 거대고리 화합물(Macrocycle), 광열 멤브레인 증류(PMD)