Engineering “fishnet-like” structure to boost the monovalent anion selectivity of anion exchange membranes for electrodialysis applied in organic solvent systems

电渗析 选择性 离子 溶剂 化学 离子交换 无机化学 有机化学 催化作用 生物化学
作者
Junbin Liao,Yuanyuan Tang,Tongtong Wang,Jingwen Xu,Qishun Zhang,Huimin Ruan,Jiangnan Shen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:485: 150076-150076 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.150076
摘要

Solvent-resistant anion exchange membranes (AEMs) with a microphase separation structure have demonstrated the potential for efficient separation of monovalent and multivalent ions and solvent recovery. In this work, a kind of imidazole side-chain AEM based on poly(2,6-dimethyl-1,4-phenylene oxide) (BPPO) and crosslinking agent polyethyleneimine (PEI) was synthesized to achieve efficient separation of Cl− and SO42− ions through electrodialysis (ED) in organic solvent systems. The as-prepared AEMs exhibit favorable dimensional stability in various organic solvents, such as 60 % DMSO (aq.), 60 % DMF (aq.), 60 % ethanol (aq.), and display outstanding ion separation performance for Cl−/SO42− ions during the ED process. Specifically, the swelling ratio of the AEM in the organic solvents remains < 5.5 % for the AEM with a grafting rate of 60 % of 1-butylimidazole (BIm) on BPPO benzyl bromide groups. At a current density of 2.5 mA·cm−2 during the ED process, the perm-selectivity of Cl−/SO42− ions can reach 72.1. Importantly, even in a mixed solution containing 10 % organic solvent and 0.5 M NaCl and Na2SO4 (aq.), the perm-selectivity of Cl−/SO42− ions could still remain at 29.4. This achievement can be attributed to the integration of BIm and PEI, which forms stable sub-nanometer ion channels within the AEMs, enabling selective separation of ions of different sizes in organic solvent systems.
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