单价阴离子选择性渗透膜(MAPMs)结合电渗析可以同时实现一价/二价阴离子的高效分离和一价盐的浓缩。然而，由于商业MAPMs的阴离子选择性低，尤其是碱稳定性差，它们在实际工业场景中的应用受到限制。最近，一组科学家构建了具有疏水侧链的基于聚(烷基-联苯吡啶)的阴离子交换膜，该膜具有出色的渗透选择性，可将氯离子 (Cl - ) 和氢氧根 (OH - ) 等单价离子与其他多价离子分离电渗析。他们的工作于 2023 年 1 月发表在《工业化学与材料》(ICM) 杂志上。
单价离子选择性透过膜可以实现精确的离子分离，在盐湖提锂、卤水提炼、高盐废水零排放等各个领域都有重要需求。对于MAPMs，最大的挑战是阴离子选择性低和耐碱性差。“一价/二价阴离子的选择性分离涉及高盐废水的回收利用、氯碱工业卤水的净化、废碱的回收等。如何构建具有高阴离子选择性和高碱稳定性的MAPM是我们团队努力的方向，”中国科学技术大学教授Tongwen xu解释道。
阴离子交换膜 (AEM) 通常通过聚合物的溴甲基化或氯甲基化，然后通过 Menshutkin 反应进行季铵化来制造。然而，这种方法需要剧毒化学品，例如可能对环境构成威胁的氯甲基化或溴化试剂。此类膜的离子电导率和碱性稳定性通常较低，因为主链的阳离子头基移动性较低;几乎不能进行良好的微相分离以创建用于 OH - 离子传导的有效通道。此外，通常存在于主链 AEM 中的苄基会迅速受到 OH - 离子的攻击并发生亲核取代反应。较高的离子交换容量有利于 OH - 运输，但可能会增加水分吸收。AEM 可能会严重膨胀，降低分离效率，并加剧 OH - 对膜的攻击，从而破坏它们的化学和机械稳定性。
研究人员提供了一种具有更细长侧链基团的化学坚固聚合物主链，以克服传统 AEM 中的上述问题。在生成的 MAPM 中，微相分离出现在长侧链和疏水聚合物之间。这相当于在膜中建立了一个选择性阴离子传输通道，有利于Cl -的主动传输， 而SO 4 2 - 离子具有高渗透选择性。它还显示出高 OH - 通量和 OH - /WO 4 2 -之间的高选择性渗透性，远高于商用 Neosepta ACS 膜。特别是，基于无醚键聚合物骨架的设计，MAPM 在 20 次运行后也表现出出色的碱稳定性。
“我们还发现，这些具有显着微相分离形态的新型 MAPMs 可以根据水化半径和吉布斯水化能的差异，以高选择性将溴化物、氟化物和硝酸盐离子与其他多价阴离子分离，”徐说。
研究人员还透露，他们已经完成了 MAPM 的中试规模准备工作。对中试规模MAPM性能的综合评价仍在进行中。他们计划尽早将MAPM商业化，以解决行业在阴离子分离方面的一些困难。
研究团队包括来自中国科学技术大学 (USTC) 的 Hongxin Yang、Noor Ul Afsar、Xiaolin Ge、Xingya Li、Liang Ge* 和 Tongwen Xu*。
该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省重点研发计划和安徽省自然科学基金的资助。
标签：
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！