Mechanism‐embedded machine learning unravels lithium‐controlled selectivity in nanofiltration for Li + /Mg 2+ separation

纳滤 选择性 膜 化学 位阻效应 唐南势 膜技术 聚酰胺 工作(物理) 磁导率 色谱法 合成膜 分离(统计) 高斯分布 化学工程 萃取(化学) 人工智能 生物系统 锂(药物)
作者
Hongbiao Liu,Yifang Geng,Zihang Zhao,Dan Lu,Lijun Liang,Weirong Zhao,Lin Zhang
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:72 (11)
标识
DOI:10.1002/aic.70590
摘要

Abstract Extraction of lithium from magnesium‐rich salt‐lake brines using polyamide nanofiltration (NF) membranes is hindered by incomplete mechanistic understanding of ion separation in mixed‐salt environments. Conventional models struggle to decouple the intertwined effects of steric hindrance, Donnan exclusion, and multi‐ion competition, yielding contradictory design principles. Here, we develop a mechanism‐embedded machine‐learning framework that integrates empirical membrane descriptors with physics‐informed steric ( φ S ) and Donnan ( φ D ) partitioning factors derived from Donnan–steric pore model (DSPM). The framework reveals a paradigm shift in mixed‐salt systems: Li + /Mg 2+ selectivity is governed by Li + ‐controlled transport accessibility, not by the exclusion strength of Mg 2+ . Bivariate partial dependence plots (PDPs) identify a narrow high selectivity window, constrained to φ D ‐Li + ≈ 2–2.35 and φ S ‐Li + < 0.08. This work offers a quantitatively interpretable framework that reconciles single‐ and mixed‐salt separation mechanisms and demonstrates that robust Li + /Mg 2+ separation requires balancing between Li + permeability and Mg 2+ rejection, not extremizing individual membrane properties.
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