Angstrom‐scale channels with versatile ion‐membrane interactions enabling precise ion separation via electrodialysis

电渗析 离子 比例(比率) 反向电渗析 化学 离子通道 色谱法 纳米技术 材料科学 物理 结晶学 有机化学 生物化学 受体 量子力学
作者
Yiren Zhang,Yuqing Lin,Ning Gan,Jiayu Zhang,Baolong Wu,Jianguo Yu,Hideto Matsuyama,Rong Wang
出处
期刊:Aiche Journal [Wiley]
卷期号:70 (10) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/aic.18519
摘要

Abstract In nature, efficient and selective ion transport is facilitated by ion‐conductive channels in cell membranes; these channels reveal an architectural design with specialized functionality. Drawing inspiration from this, mechanistic insights into the angstrom‐scale‐channel membrane composed of ionic‐crosslinked polybenzimidazole and sulfonated poly(ether ether ketone), exhibiting functional differentiation and efficient ion‐sieving properties are presented. Nanochannels allow for strong hydrogen‐bonding interactions with hydrated ions of higher polarity, while rendering significant electrostatic charge effects that impede the transition of multivalent ions by compressing effective passageways. Both hydrogen bonding and electrostatic interactions synergistically result in high selectivity for monovalent ions over multivalent ions because the latter requires overcoming higher energy barriers for transport compared with the former, thereby causing varying extents of ion dehydration within the nanochannels. The resulting membrane achieves a high monovalent ion permeation rate of 1.35 mol m −2 h −1 with a high mono/multivalent ion selectivity of 56.5 for K + /Mg 2+ and 286 for K + /Al 3+ .
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