Sa industriya ng kemikal, ang pangunahing papel ng mga nano-separation membrane ay nakasalalay sa pagkamit ng mahusay at nakakatipid ng enerhiya na paghihiwalay at paglilinis ng mga sangkap. Sa pamamagitan ng tumpak na pagsasala sa antas ng molekular, malawakang ginagamit ang mga ito sa mga pangunahing proseso tulad ng konsentrasyon ng produkto, pagbawi ng katalista, pag-dehydration ng organikong solvent, at paggamit ng mapagkukunan ng basura. Maaari nilang makabuluhang bawasan ang pagkonsumo ng enerhiya sa produksyon, palitan ang tradisyunal na proseso ng distillation at evaporation na gumagamit ng mataas na enerhiya, at kasabay nito ay mapabuti ang kadalisayan at ani ng produkto, na tumutulong sa produksyon ng kemikal na mag-upgrade patungo sa berde at napapanatiling direksyon.