Electrospun nanofiber membrane of 14-crown-4 polyimide by in situ grafting diamino crown ether for highly selective Li+ adsorption and separation

聚酰亚胺 嫁接 冠醚 吸附 纳米纤维 高分子化学 牙冠(牙科) 化学工程 乙醚 材料科学 化学 有机化学 图层(电子) 聚合物 复合材料 离子 工程类 生物化学
作者
Feidong Yang,Junyuan Hua,Jiahui Du,Jintao He,Jian Xiao,Lei Li,Xiaohua Ma,Jianxin Li
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:351: 128097-128097 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.128097
摘要

The global demand for lithium is increasing rapidly with the blossom of the new energy field. It is imperative to develop a sustainable and efficient approach for recovering Li+ resources from salt-lake brine. In this study, diamino dibenzo-14-crown-4 ether (DAB) was chemically grafted on 14-crown-4 polyimide (14C4PI) by nucleophilic substitution to fabricate nanofiber membrane by electrospinning method. The crown ether loading of DAB-g-14C4PI membrane was increased from 1.38 up to 2.27 mmol/g, and the grafting degree reached 83.4 % by regulating the additive amount of DAB and the reaction time. The Li+ equilibrium adsorption capacity of the DAB-g-14C4PI nanofiber membrane was enlarged from 40.17 (14C4PI) to 60.71 mg/g. The adsorption for Li+ on the membrane was a monolayer chemical adsorption process proved by the adsorption kinetic and isotherm models. The separation factors of the membrane for Li+/Na+, Li+/K+, Li+/Mg2+ and Li+/Ca2+ were 69.24, 79.4, 37.46 and 67.53, respectively. DFT calculations indicated the raised Li+ adsorption capacity was also ascribed to the enhanced adsorption energy from −107.71 to −122.84 kcal/mol, owing to the relatively higher electric charge density (−0.478 vs −0.448 a.u.). In summary, this work put forward a novel method to fabricate a nanofiber membrane with a high crown ether loading for the extraction of lithium resources.
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