化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
今日焦點 Today's Focus
查看更多+-
關注水質安全，“高品質供水水質分析與檢測技術線上研討會”開課在即
2025年5月7日14:00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“高品質[詳細]
最新產品 Latest productS
查看更多+
中國科大在一/二價離子選擇性分離膜精密構筑方面取得新進展
2021年09月10日 08:53:30
來源：中國科學技術大學 點擊量：7113
中國科學技術大學徐銅文教授團隊在一/二價離子選擇性分離膜精密構筑方面取得突破進展，報道了一種亞2-nm共價有機框架(COFs)膜，并表現(xiàn)出較高的一價陽離子滲透速率和極低的二價陽離子透過率，實現(xiàn)了高效的離子傳輸與分離。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】離子選擇性分離作為膜分離技術的重要應用領域，涉及能源轉換與存儲、環(huán)境污染和檢測、清潔工業(yè)生產、資源回收再利用等重要化工過程，在鹽湖提鋰、鹽水精制(氯堿工業(yè))、高鹽廢水資源化、廢酸(堿)液回收、液流電池和鹽差能發(fā)電等領域均有涉及。
面向“碳達峰、碳中和”的國家戰(zhàn)略目標，針對節(jié)能減排和傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級等國家重大需求，離子分離技術的進步對于化學工業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。目前，國內一/二離子選擇性分離膜仍處于實驗試制階段，還沒有真正實現(xiàn)規(guī)?；恐苽洌毡镜劝l(fā)達國家一直對中國進行技術封鎖和價格壟斷。
近日，中國科學技術大學徐銅文教授團隊在一/二價離子選擇性分離膜精密構筑方面取得突破進展，報道了一種亞2-nm共價有機框架(COFs)膜，并表現(xiàn)出較高的一價陽離子滲透速率和極低的二價陽離子透過率，實現(xiàn)了高效的離子傳輸與分離。該研究成果以題為“Efficient ion sieving in covalent organic framework membranes with sub-2-nanometer channels”發(fā)表在國際著名期刊Advanced Materials雜志上。
中國科學技術大學徐銅文教授團隊自2011年開始在一/二價離子選擇性分離膜開發(fā)、傳質機理研究和分離應用等方向開展了深入研究，構筑了具有自主知識產權的產品體系，為離子選擇性分離膜的規(guī)?；苽浜彤a業(yè)化積累了豐富的經(jīng)驗。
團隊提出了利用分子自組裝特性，通過調控側鏈次級相互作用，構筑和調控離子選擇性傳輸通道的新策略。利用表面原位聚合反應，實現(xiàn)超薄分離層中納米錐形孔的構筑，縮短了離子傳質路徑，強化離子在膜內的傳質行為。
為了深入研究離子在限域孔道內的傳質行為及分離機理，團隊提出以具有規(guī)則孔道結構、骨架結構參數(shù)明確的多孔框架材料為模型，在埃米精度下實現(xiàn)離子傳輸通道的精確定制和孔道性質精密調控，達到了離子高效、精準分離的效果，定量化通道關鍵結構參數(shù)，初步揭示了離子限域傳質機制。
為了進一步研究亞2-nm通道壁面化學環(huán)境對于離子傳質與分離性能的影響，團隊通過界面生長策略構筑具有1D垂直貫通亞2-nm通道的超薄(~20 nm)COFs膜，利用N2和空氣氛圍中的升溫紅外表征，證明了通道內氫鍵位點能與水分子形成氫鍵相互作用。
離子在溶液中是以水合形式存在，不同離子對水殼層中水分子的結合力不同，因此，離子水殼層中的水分子與COFs通道中氫鍵位點形成不同的氫鍵作用(圖1)。構筑的COFs膜(TpBDMe2)表現(xiàn)出高的一價陽離子滲透速率(0.1 ~ 0.2 mol m−2 h−1)和極低的多價陽離子透過率，實現(xiàn)了高的離子選擇性，比如K+/Mg2+的選擇性~765，Na+/Mg2+的選擇性~680，Li+/Mg2+的選擇性~217，顯著優(yōu)于已報道的亞2-nm通道膜(圖2)。
理論模擬表明二價陽離子通過COFs膜通道的能壘高于一價陽離子，1D亞2-nm通道促進了一價陽離子的快速滲透，而二價陽離子與通道之間更強的氫鍵相互作用促成了離子的高選擇性。該項研究表明構建具有豐富氫鍵位點的COFs多孔膜，在保持離子滲透速率的同時，能顯著提高離子選擇性。
本工作不但為離子在亞2-nm受限空間中的傳輸機制提供了理論基礎，同時也為聚合物基離子選擇性分離膜的結構設計與調控提供了理論指導。
圖1亞2-nm COFs膜利用氫鍵作用實現(xiàn)高效離子篩分
圖2亞2-nm COFs膜離子分離性能
中國科學技術大學盛方猛博士和安徽大學伍斌副教授為該文章的共同第一作者，李興亞副研究員、葛亮副研究員和徐銅文教授為共同通訊作者。該研究工作得到國家自然科學基金、安徽省科技重大專項等專項經(jīng)費的資助。
在上述系列研究成果的基礎上，研究團隊開發(fā)出具有自主知識產權的高性能離子選擇性分離膜一次性成型制備工藝，已實現(xiàn)一/二離子選擇性分離膜中試膜產品制備，在H+/Fe2+、Li+/Mg2+、Na+/Mg2+、K+/Mg2+、OH-/WO42-和Cl-/SO42-等典型混合離子體系均展現(xiàn)優(yōu)異的分離效果(圖3)。
圖3離子選擇性分離膜中試產品
相關閱讀 Related Reading
查看更多+-
山東省食品藥品檢驗研究院就“山東省食品藥品檢驗研究院食品監(jiān)管能力建設儀器設備采購”發(fā)布招標公告，預算687萬元。2025-05-07 08:53:32
-
儀器行業(yè)利潤增長15.3% 一季度工業(yè)企業(yè)利潤數(shù)據(jù)發(fā)布
近日，國家統(tǒng)計局發(fā)布2025年1—3月份工業(yè)企業(yè)利潤數(shù)據(jù)及解讀，儀器行業(yè)利潤增長15.3%，整體發(fā)展穩(wěn)中向好。2025-05-06 11:56:45 -
漢邦科技科創(chuàng)板上市 擬募資5億加碼色譜技術研發(fā)與產能擴張
江蘇漢邦科技股份有限公司在科創(chuàng)板首次公開發(fā)行2200萬股新股，發(fā)行價22.77元/股，募集資金約5.01億元，凈額4.31億元。募...2025-05-06 11:26:10 -
項目名稱：國合通用測試評價認證股份公司離子色譜儀采購，項目編號：0760-2542JG030602，招標范圍：離子色譜儀，招標機構...2025-05-06 11:04:36
-
就等你了！“煤化工行業(yè)分析檢測技術整體解決方案線上會議”報名開啟
2025年5月9日14:00，化工儀器網(wǎng)積極響應行業(yè)需求，特聯(lián)合安東帕(上海)商貿有限公司舉辦“煤化工行業(yè)分析檢測技術整體解決方案...2025-05-06 10:36:28 -
中國農業(yè)科學院就“中國農業(yè)科學院水科學與工程公共實驗室綠色發(fā)展裝備購置項目”發(fā)布招標公告，預算291萬元。2025-04-29 10:17:20
版權與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權或有權使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權不得轉載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權使用作品的，應在授權范圍內使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關法律責任。
- ②本網(wǎng)轉載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權等法律責任。
- ③如涉及作品內容、版權等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關權利。
