Precision ion separation via self-assembled channels

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作者
Shanshan Hong,Maria Di Vincenzo,Alberto Tiraferri,Erica Bertozzi,Radosław Górecki,Bambar Davaasuren,Xiang Li,Suzana P. Nunes
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 3160-3160 被引量:82
标识
DOI:10.1038/s41467-024-47083-0
摘要

Selective nanofiltration membranes with accurate molecular sieving offer a solution to recover rare metals and other valuable elements from brines. However, the development of membranes with precise sub-nanometer pores is challenging. Here, we report a scalable approach for membrane fabrication in which functionalized macrocycles are seamlessly oriented via supramolecular interactions during the interfacial polycondensation on a polyacrylonitrile support layer. The rational incorporation of macrocycles enables the formation of nanofilms with self-assembled channels holding precise molecular sieving capabilities and a threshold of 6.6 ångström, which corresponds to the macrocycle cavity size. The resulting membranes provide a 100-fold increase in selectivity for Li+/Mg2+ separation, outperforming commercially available and state-of-the-art nanocomposite membranes for lithium recovery. Their performance is further assessed in high-recovery tests under realistic nanofiltration conditions using simulated brines or concentrated seawater with various Li+ levels and demonstrates their remarkable potential in ion separation and Li+ recovery applications.
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