Extreme Li-Mg selectivity via precise ion size differentiation of polyamide membrane

选择性 聚酰胺 离子 膜 化学 材料科学 生物物理学 生物 生物化学 高分子化学 有机化学 催化作用
作者
Quan Peng,Ruoyu Wang,Zilin Zhao,Shihong Lin,Ying Liu,Dianyu Dong,Zheng Wang,Yiman He,Yu Zhu,Jian Jin,Lei Jiang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 2505-2505 被引量:302
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46887-4
摘要

Abstract Achieving high selectivity of Li + and Mg 2+ is of paramount importance for effective lithium extraction from brines, and nanofiltration (NF) membrane plays a critical role in this process. The key to achieving high selectivity lies in the on-demand design of NF membrane pores in accordance with the size difference between Li + and Mg 2+ ions, but this poses a huge challenge for traditional NF membranes and difficult to be realized. In this work, we report the fabrication of polyamide (PA) NF membranes with ultra-high Li + /Mg 2+ selectivity by modifying the interfacial polymerization (IP) process between piperazine (PIP) and trimesoyl chloride (TMC) with an oil-soluble surfactant that forms a monolayer at oil/water interface, referred to as OSARIP. The OSARIP benefits to regulate the membrane pores so that all of them are smaller than Mg 2+ ions. Under the solely size sieving effect, an exceptional Mg 2+ rejection rate of over 99.9% is achieved. This results in an exceptionally high Li + /Mg 2+ selectivity, which is one to two orders of magnitude higher than all the currently reported pressure-driven membranes, and even higher than the microporous framework materials, including COFs, MOFs, and POPs. The large enhancement of ion separation performance of NF membranes may innovate the current lithium extraction process and greatly improve the lithium extraction efficiency.
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