科研進(jìn)展
青海鹽湖所在氯離子選擇性膜研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展
從鹽湖鹵水及含鹽廢水中高效分離純化高值產(chǎn)品，是推動鹽化工產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的關(guān)鍵。其中，離子選擇性膜作為核心分離材料，其性能直接決定了分離過程的效率。尤其在膜分離過程中，與陽離子膜匹配的陰離子選擇性膜對制備高純化工產(chǎn)品同樣具有重要意義。然而，在成分復(fù)雜的高鹽度鹵水體系中，傳統(tǒng)有機(jī)聚合物荷電膜易受濃度極化影響，而引入無機(jī)填料雖能提升傳質(zhì)效率，卻往往因界面缺陷形成非選擇性通道，導(dǎo)致無法同時實(shí)現(xiàn)高離子選擇性和高離子通量。
針對上述挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院青海鹽湖研究所離子吸附科學(xué)與技術(shù)課題組提出了一種氯離子膜“電荷屏蔽效應(yīng)”設(shè)計(jì)策略，開發(fā)了一種由磺化聚醚砜(SPES)與水合錳氧化物(HMO)顆粒復(fù)合的新型混合基質(zhì)膜-氯離子吸附膜(SPES@HMO)。該膜利用HMO納米顆粒調(diào)控膜界面電荷環(huán)境，從而特異性增強(qiáng)氯離子的傳輸，同時結(jié)合競爭吸附機(jī)制抑制多價陰離子的通過，為高鹽廢水中氯離子的高精度篩分提供了全新解決方案。
研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的SPES@HMO氯離子膜，利用磺化聚醚砜（SPES）基質(zhì)含有高密度的帶負(fù)電磺酸基團(tuán)（-SO3H），通過介電排斥作用阻礙陰離子的傳輸。同時，水合氧化錳（HMO）納米顆粒在SPES基質(zhì)中均勻分散，通過電荷屏蔽效應(yīng)調(diào)節(jié)界面電荷環(huán)境，從而增強(qiáng)氯離子的滲透性，實(shí)現(xiàn)了靜電調(diào)控和競爭性吸附相結(jié)合的作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種協(xié)同機(jī)制顯著提升了氯離子的選擇性。在Cl-與CO32-的分離測試中，氯離子通量維持1.30×10-3 mol·m-2·min-1時，膜的離子選擇性高達(dá)1295.36。該技術(shù)的開發(fā)對鹽湖高純產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義，同時該膜還可應(yīng)用于工業(yè)廢水處理和海水淡化等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)特定離子的精準(zhǔn)分離。
該研究成果以“Shielding Effect-Induced Enhancement of Chloride Ion Transport in Manganese Oxide Mixed Matrix Membranes for Efficient Separation”為題，發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域期刊《Water Research》（IF 12.4， Nature Index 期刊）。碩士研究生李昌文為論文第一作者，錢志強(qiáng)副研究員與劉忠研究員為論文的共同通訊作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目(U23A20119)、青海省自然科學(xué)基金（2023-ZJ-734）中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)(YSBR-039)等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.125273
圖1 “電荷屏蔽效應(yīng)”設(shè)計(jì)策略
圖2 SPES@HMO對Cl-的特殊選擇性，展現(xiàn)出優(yōu)異的離子篩分性能
審核：葛飛
