近日，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院劉長坤副教授團隊在自然指數(shù)期刊Advanced Functional Materials（影響因子18.5，中科院JCR 1區(qū)，Top期刊）上發(fā)表了題為“”Poly(bis(1-methylpiperazin-1-ium-amide) Nanofilm Composite Membrane with Nanochannel Enabled Microporous Structure and Enhanced Steric Hindrance for Magnesium/Lithium Separation”的研究論文。該團隊Faizal Soyekwo副研究員為論文第一作者，劉長坤副教授為唯一通訊作者，深圳大學(xué)為唯一通訊作者單位。
鋰在清潔能源技術(shù)中發(fā)揮著不可或缺的作用，鹽湖鹵水蘊藏著全球約70%的鋰資源，鹽湖鋰資源的開發(fā)具有重大戰(zhàn)略意義。相較于傳統(tǒng)分離方法，納濾技術(shù)因較低操作壓力等優(yōu)勢而受到青睞。通過單體界面聚合（IP）形成的聚酰胺（PA）納濾（NF）膜廣泛應(yīng)用于鹽湖鹵水鋰鎂分離。但由于鹽湖鹵水中的鎂/鋰比相對較高，傳統(tǒng)NF膜存在滲透性和選擇性的相互制約關(guān)系，影響其整體分離性能。NF膜的分離層電荷密度和孔徑調(diào)節(jié)是鋰鎂分離性能提升的重要因素。因此，構(gòu)建新型的分離層界面聚合單體，從結(jié)構(gòu)角度改善納濾膜的分離性能，是提升鋰鎂分離效果的一個重要的研究方向。
在本項工作中，我們采用含有雙季銨陽離子的新型單體1,1'-(己烷-1,6-二基)雙(1-甲基哌嗪-1-鎓)溴化物作為分子構(gòu)建模塊，通過界面聚合制備聚酰胺NF膜。雙季銨單體的棒狀構(gòu)象賦予了增強的電正性、松散堆積的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（孔徑~ 0.8-1.35 nm）和高自由體積。所制備的NF膜得到28.34 L m?2h?1bar?1的高水滲透性，鋰/鎂選擇性高達(dá)76.9，優(yōu)于大部分報道的NF膜性能。此外，由于形成的叔酰胺結(jié)構(gòu)中缺乏氯敏感的-NH基團，該NF膜還表現(xiàn)出顯著提升的耐氯性能。此外，通過NF膜界面聚合、跨膜水傳輸和離子選擇性傳輸行為的分子動力學(xué)模擬，深入闡述了單體的設(shè)計和構(gòu)建對NF膜微孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和正電荷密度的雙重調(diào)節(jié)機制。該研究結(jié)果對于先進聚合物膜的開發(fā)及有效提升鋰鎂分離性能提供了有益的科學(xué)參考。
該研究成果得到廣東省自然科學(xué)基金以及深圳市科技計劃國際合作等項目的資金支持。
