Asymmetric design of ion-transport channels in a polymeric membrane for lithium-ion sieving

微型多孔材料 锂(药物) 膜 聚酰胺 萃取(化学) 选择性 聚合物 化学 膜技术 分离过程 二价 气体分离 材料科学 纳米技术 化学工程 图层(电子) 半透膜 聚合膜 聚电解质
作者
Fanmengjing Wang,Kaiqiang He,Zhouyou Wang,Hongyu Ma,Fengyan Shi,Zhengchen Li,Xiangwen Zhou,Qi Wu,Durga P. Acharya,Cara M. Doherty,Matthew R. Hill,Zhikao Li,Huanting Wang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:738: 124807-124807 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2025.124807
摘要

There is an increasing demand for lithium (Li) recovery driven by the expansion of renewable energy storage and electric vehicles. New technologies that provide a more eco-friendly and cost-effective process for Li extraction are urgently needed to complement the existing methods for lithium extraction in the industries (e.g. hard rock mining and precipitation), and membrane-based separation is an emerging alternative. Polymeric ion-selective membranes, offering advantages such as widespread availability and good processability, are considered to have more potential for large-scale application compared to the microporous materials-based membranes; however, the efficient separation of mono- and divalent ions remains challenging for polymeric membranes, primarily due to the difficulties in controlling their pore and channel structures. In this work, we prepared a polymeric membrane using poly (acrylic acid) (PAA) and polyamide (PA) featuring geometrically asymmetric ion-transport channels. The ion-transport channels in the PAA-PA membrane are gradually confined as they progress from the PES layer to the PAA layer, and ultimately to the PA layer. Owing to the synergistic effect of the ion-selective functional groups of PAA and the size-sieving effect of PA, the PAA-PA membrane achieved a Li + /Mg 2+ selectivity of 43.3 (separation factor). This work introduces a new design for asymmetric ion-transport channels, advancing the development of polymeric membranes for high-performance lithium extraction. • Preparation of a poly (acrylic acid) (PAA)-polyamide (PA) membrane featuring asymmetric ion-transport channels. • Successful Li + /Mg 2+ separation achieved with a separation factor of 43.3 using the PAA-PA membrane. • Advancement in the design of polymeric membranes for efficient lithium-ion sieving.
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