Tuning composite nanofiltration membranes with γ-cyclodextrin for improved Mg2+/Li+ selectivity

纳滤 界面聚合 聚酰胺 选择性 化学 化学工程 环糊精 两亲性 色谱法 高分子化学 共聚物 有机化学 聚合物 单体 生物化学 工程类 催化作用
作者
Nan Li,Tiancan Zhang,W. C. Xue,Ying Zhao,Bo Zhu,Xiaoyuan Pei,Zhiwei Xu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:330: 125206-125206
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2023.125206
摘要

As a new frontier method, nanofiltration (NF) membranes still face challenges in achieving a balance between selectivity and permeability, especially in the field of extracting lithium from brines. In the study, we addressed this issue by incorporating γ-cyclodextrins (CDs) with amphipathic cavities onto the polyamide chains using interfacial polymerization (IP) reaction, employing polyethyleneimine (PEI) and trimesoyl chloride (TMC). The addition of γ-cyclodextrin (γ-CD) enhances the hydrophilicity and water flux of NF membrane on account of its remarkable structural properties. The outer surface of γ-CD exhibits hydrophilic characteristics, while its inner cavity possesses hydrophobic properties. Benefiting from its water-attracting surface and water-repellent cavity, γ-CD could enhance the overall water affinity and water permeability of the NF membrane. Furthermore, the dimensions of the γ-CD cavity allowed for effective screening Mg2+ / Li+ to a certain extent. Notably, γ-CD exhibited a superior capability to accommodate and encapsulate Mg2+ ions, indicating a higher binding affinity compared to Li+. Thus, Li+ was easier to pass through the NF membrane grafted by γ-CDs than Mg2+. The optimized NF membrane demonstrated an enhanced magnesium-lithium separation coefficient of 23.61, 237 % better than that of the TFC-control membrane. This work introduces a novel approach for designing and constructing of high-permselectivity NF membranes for Mg2+ / Li+ separation utilization.
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