文献分享 | AFM-具有纳米通道和增强空间位阻的聚甲基哌嗪酰胺纳滤膜用于镁/锂分离

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膜技术前沿

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英文题目

Poly(bis(1-methylpiperazin-1-ium-amide) Nanofilm Composite Membrane with Nanochannel-Enabled Microporous Structure and Enhanced Steric Hindrance for Magnesium/Lithium Separation

具有纳米通道启用的微孔结构和增强空间位阻的聚(双(1-甲基哌嗪-1-ium-酰胺))纳米膜复合膜用于镁/锂分离

Advanced Functional Materials

发表日期：2024年

DOI号：10.1002/adfm.202412463

02

摘要内容

本研究通过界面聚合制备了一种新型的聚酰胺纳米膜复合膜，用于从盐水中高效分离锂和镁。该膜采用含有双季铵阳离子的新单体1,1'-(己烷-1,6-二基)双(1-甲基哌嗪-1-ium)溴化物，通过界面聚合形成聚酰胺纳米膜。该膜具有增强的电正性、空间位阻、松散堆积的微孔网络结构（孔径约0.8-1.35纳米）和高自由体积。所得膜展现出高水渗透性（28.34 L m−2 h−1 bar−1）和良好的Li+/Mg2+选择性（高达76.9）。此外，由于缺乏对氯敏感的-NH基团，膜还表现出良好的氯稳定性。本研究提供了关于结构性质、纳米膜形成以及跨膜水和离子传输行为的计算见解。这项研究为设计和构建用于能效分离的膜材料提供了理论和技术概念。

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研究背景和意义

锂在清洁能源技术中扮演着不可替代的角色，因此开发锂资源具有重要的战略意义。盐湖卤水含有约70%的全球锂资源，是潜在的锂提取来源。然而，从盐湖卤水中提取锂极具挑战性，因为其中镁/锂比例高。本研究旨在通过膜分离技术，提高从盐水中提取锂的效率，这对于资源回收和循环水经济至关重要。

本研究解决的问题和创新点：

• 解决的问题：提高从盐湖卤水中提取锂的效率，特别是提高Li+/Mg2+分离性能。

• 创新点：开发了一种新型的双季铵阳离子单体，通过界面聚合制备了具有微孔结构和增强空间位阻的聚酰胺纳米膜，显著提高了水渗透性和Li+/Mg2+选择性，同时具有良好的氯稳定性。

04

实验步骤

• 单体合成：通过Menshutkin SN2反应合成了QBPIP单体。

• 膜制备：将QBPIP水溶液（1 wt.%，pH 12）倒在PES膜上，保持5分钟，然后排出多余溶液，与TMC己烷溶液反应，最后在60°C下烘干10分钟以获得QBPIP-TMC膜。

• 膜表征：使用NMR、FTIR、XPS、CO2吸附等技术对膜进行表征。

• 分离性能测试：在错流过滤装置上进行分离性能测试。

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主要结果和结论

QBPIP-TMC膜展现出高水渗透性和良好的Li+/Mg2+选择性，以及优异的氯稳定性。这些结果表明，通过调整单体结构可以优化聚酰胺纳米膜的性能，为从盐水中提取锂提供了一种有效的膜材料。

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详细机理

• 膜的微孔结构和高自由体积促进了水分子的快速传输。

• 增强的电正性和空间位阻有助于提高Mg2+的排斥效果，从而提高了Li+/Mg2+选择性。

• 膜中缺乏对氯敏感的-NH基团，使其具有良好的氯稳定性。

• 分子动力学模拟进一步证实了膜结构对水和离子传输行为的影响，支持了实验结果。

来源： 环化生材，仅供科研分享，助力科学传播，如有侵权，请联系后台删除。

mo shu

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原标题：《文献分享 | AFM-具有纳米通道和增强空间位阻的聚甲基哌嗪酰胺纳滤膜用于镁/锂分离》

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