Bifunctional Chelating Resin-Modified Polymer Membrane for Sustainable Osmotic Energy Generation

双功能 螯合作用 聚合物 化学 可持续能源 高分子化学 化学工程 催化作用 材料科学 有机化学 生物化学 可再生能源 工程类 电气工程
作者
Rockson Kwesi Tonnah,Munirah Mohammad,Huan Xiao,Milad Razbin,Faezeh Arshadi,Yasaman Boroumand,Amir Razmjou,Mohsen Asadnia
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (17): 11164-11174
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c01709
摘要

Ion-selective membrane-based reverse electrodialysis (RED) has the potential to convert osmotic energy into electricity, offering a promising solution to complement the global renewable energy supply. However, the development of scalable, eco-friendly, polymer-based ion-selective membranes that achieve both high power density and long-term stability remains a crucial challenge. In this study, we present a stable mixed matrix membrane (MMM) by incorporating a bifunctional chelating resin into a polyvinyl chloride (PVC) membrane to enhance cation conduction. The introduction of phosphonic and sulfonic acid-functionalized ion-selective resins, which exhibit a high affinity for metal ions due to the presence of abundant oxygen atoms, significantly improves both ion conduction and selectivity. As a result, the mixed matrix membrane achieves a remarkable power density of 26.5 W/m2 under a 500-fold salt gradient, and a real-world output power of 8.80 W/m2 is generated at the interface of natural seawater and freshwater. The MMM fabrication offers a viable, cost-effective, and scalable approach for enhancing osmotic energy conversion in ion-selective polymers, paving the way for its application in sustainable energy harvesting, redox flow batteries, and ion separation technologies.
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