Monovalent Cation Exchange Membranes with Janus Charged Structure for Ion Separation

杰纳斯 选择性 离子交换 化学 离子 化学工程 材料科学 纳米技术 有机化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Wenguang Wang,Yanqiu Zhang,Xiaobin Yang,Haixiang Sun,Yadong Wu,Lu Shao
出处
期刊:Engineering [Elsevier BV]
卷期号:25: 204-213 被引量:65
标识
DOI:10.1016/j.eng.2021.09.020
摘要

Monovalent cation exchange membranes (M-CEMs) have been extensively applied in environmental remediation and energy harvesting such as the extraction of Na+ or Li+ from brine and seawater. However, owing to the limitations of membrane structures and materials, M-CEMs have a low perm-selectivity issue. Herein, we proposed a facile approach to construct a novel M-CEM with a Janus-charged structure, consisting of a positively-charged trimesic acid/polyethylenimine surface thin layer and a negatively charged commercial cation exchange membrane (CEM). Selectrodialysis results indicated that the Janus-charged M-CEMs could effectively suppress the migration of anions, which often occurred in porous CEMs, thereby enabling the novel Janus-charged M-CEMs to possess high perm-selectivity and high total cation fluxes. Compared with state-of-the-art M-CEMs, the Janus-charged M-CEM exhibited the highest perm-selectivity of 145.77 for Na+/Mg2+ beyond the contemporary “Upper Bound” plot as well as the excellent perm-selectivity of 14.11 for Li+/Mg2+, indicating its great potentials in ion separation. This study can provide novel insights into the design of Janus-charged M-CEMs for ion separation in diverse environmental and energy applications.
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