A Two-Dimensional Lamellar Vermiculite Membrane for Precise Molecular Separation and Ion Sieving

渗透 层状结构 蛭石 纳米片 材料科学 分子 化学工程 纳米材料 溶剂 离子 化学 纳米技术 有机化学 复合材料 生物化学 工程类 渗透
作者
Mengtao Tian,Lei Wang,Jin Wang,Shuchang Zheng,Fudi Wang,Ning Shao,Lele Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:10 (3): 1137-1148 被引量:67
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.1c05951
摘要

Lamellar membranes constructed from two-dimensional (2D) nanosheets have exhibited exceptional permselective characteristics. However, their complex and contaminative nanosheet synthesis, low structural stability, and low chemical resistance severely limit industrial-scale production and practical applications. Herein, the stability, molecular separation, ion-sieving properties, and broad applicability were evaluated to demonstrate the application potential of 2D vermiculite (VMT) nanomaterials in high-performance membrane development. First, the large-scale 2D VMT nanosheets with average lateral sizes of ∼12 μm were prepared from the widely occurring natural clay via a facile procedure, and the 2D lamellar VMT membrane showed excellent long-term stability in harsh environments, even in an ultrasonic bath. Furthermore, the VMT membrane showed fast solvent permeance with a favorable retention rate of dye molecules and a surface charge-governed ionic transport behavior because of the negatively charged nanochannel, indicating the potential in both molecule separation and ion sieving. Moreover, the broad applicability of the VMT membrane was also confirmed using a simple intercalation optimizing strategy developed for other 2D membranes. Building on these findings, our work shows a possible route to the development of advanced membranes for energy and environmental applications.
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