單價陰離子選擇性分離膜與電滲析技術的結合，可以同步實現一價 / 二價陰離子的高效分離以及一價鹽的高倍濃縮，在鹽湖提锂、鹵水精煉、高鹽廢水零排放等領域都能發揮重要作用。然而，商業單價陰離子選擇性分離膜的離子選擇性偏低、堿穩定性較差，在實際工業場景中的應用受限。
最近，中科大的徐銅文教授和葛亮教授課題組構建了具有疏水側鏈的聚（烷基 - 聯苯吡啶）陰離子交換膜，具有出色的滲透選擇性，可通過電滲析将 Cl- 和 OH- 等單價離子與其他多價離子高效分離。該工作發表于 Industrial Chemistry and Materials 期刊上。
論文截圖
" 一價 / 二價陰離子的選擇性分離涉及高鹽廢水回收利用、氯堿工業鹵水淨化、廢堿回收等。如何構建具有高陰離子選擇性、高堿穩定性的單價陰離子選擇性分離膜，是我們團隊努力的方向。" 徐銅文教授表示。
制備陰離子交換膜，常規方法需要的化學品可能對環境構成威脅，如氯甲基化或溴化試劑。此外，因爲主鏈的陽離子頭基移動性較差，此類膜的離子電導率和堿性穩定性通常較低，也幾乎不能進行良好的微相分離，難以爲 OH- 離子傳導創造有效的通道。
爲克服傳統陰離子交換膜的上述問題，研究人員以聚（烷基聯苯吡啶）爲聚合物主鏈，引入柔性疏水側鏈，誘導主側鏈微相分離。在生成的單價陰離子選擇性分離膜中，長側鏈和疏水聚合物之間出現微相分離，構築出一個膜内選擇性離子傳輸通道。
具有疏水側鏈的聚（烷基 - 聯苯吡啶）陰離子交換膜 | 參考文獻 [ 1 ]
" 我們發現，這些具有顯著微相分離形态的新型單價陰離子選擇性分離膜，可以根據水化半徑和吉布斯水化能的差異，以高選擇性将溴化物、氟化物、硝酸鹽離子與其他多價陰離子分離。" 徐銅文教授說。
基于 Cl- 和 SO42- 水合半徑以及吉布斯水合自由能間的不同，Cl- 和 SO42- 在通道内的傳輸速率會産生差異，最終能呈現較好的 Cl-/SO42- 選擇性。它還顯示出高 OH- 通量和 OH-/WO42- 間的高滲透選擇性，遠高于商業 Neosepta ACS 膜。特别是基于無醚聚合物主鏈的設計，該單價陰離子選擇性分離膜在堿性溶液中仍能表現出優異的一 / 二價陰離子分離性能和堿穩定性，成功通過了 20 個循環的穩定性驗證。
研究人員還透露，他們已經完成了單價陰離子選擇性分離膜的中試規模準備工作，對膜性能的綜合評價仍在進行中。他們計劃盡早将該單價陰離子選擇性分離膜商業化，以解決行業在陰離子分離方面的一些困難。
參考文獻
[ 1 ] Yang, H., Afsar, N. U., Chen, Q., Ge, X., Li, X., Ge, L., & Xu, T. ( 2023 ) . Poly ( alkyl-biphenyl pyridinium ) anion exchange membranes with a hydrophobic side chain for mono-/divalent anions separation. Industrial Chemistry & Materials.
[ 2 ] https://www.eurekalert.org/news-releases/978023
編譯：竹子
