Ultrahighly Li-selective nanofiltration membranes prepared via tailored interfacial polymerization

纳滤 聚酰胺 聚合 材料科学 化学工程 选择性 阳离子聚合 界面聚合 氯化物 盐(化学) 表面电荷 表面改性 渗透 高分子化学 渗透 化学 有机化学 工程类 聚合物 单体 催化作用 物理化学 生物化学
作者
Mi‐Na Kim,Sung-Joon Park,Jung‐Hyun Lee
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:700: 122728-122728 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2024.122728
摘要

Nanofiltration (NF) membrane-based separation has gained significant attention as an efficient technology for recovering lithium (Li) from salt-lake brines. However, many previously developed NF membranes are not commercially feasible because they lack sufficient Li selectivity and require the use of new monomers/chemicals or complicated fabrication processes. Herein, we propose a commercially viable method to fabricate ultrahighly Li-selective polyamide (PA) membranes by carefully tailoring a conventional interfacial polymerization process using an established piperazine (PIP)/trimesoyl chloride monomer system. The use of excess PIP endowed the fabricated membrane with enhanced PA crosslinking density and a positive surface charge, reinforcing both its size and Donnan exclusion mechanisms. Furthermore, the addition of benzyltributylammonium chloride, a cationic surfactant, to the PIP solution effectively improved the water permeance of the membrane without impairing its magnesium ion (Mg2+) rejection by loosening its PA network while enhancing its positive surface charge. Consequently, our tailor-made PA membranes with the proper pore structures and strong positive surface charges exhibited ultrahigh Li+/Mg2+ selectivity of up to 150 (under single-salt conditions) and 887 (under mixed-salt conditions), significantly outperforming commercial and other reported laboratory-made NF membranes. Our strategy provides a facile and effective means to manufacture Li-selective membranes with high commercial viability.
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