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蘇州納米所朱玉長(zhǎng)/范德堡大學(xué)林士弘/蘇大靳健《自然?通訊》:電驅(qū)動(dòng)滲透機(jī)制實(shí)現(xiàn)聚酰胺納濾膜孔徑在線精準(zhǔn)調(diào)控
  發(fā)布日期:2023-05-10

薄膜復(fù)合聚酰胺納濾膜由于能夠選擇性的去除二價(jià)或多價(jià)鹽離子和有毒有害的有機(jī)微污染物,因而在地表水脫鹽、水質(zhì)軟化、環(huán)境治理以及鹽湖提鋰等方面具有重要的應(yīng)用,是保障飲用水安全、水生態(tài)生物安全以及國(guó)家能源戰(zhàn)略資源安全的核心材料。聚酰胺納濾膜的分離機(jī)制主要基于孔徑篩分(size sieving)和道南電荷排斥(Donnan exclusion)二者的協(xié)同耦合作用。但是,無論是小分子分離還是離子分離,聚酰胺納濾膜孔對(duì)于分離過程均具有重要的影響,甚至起到了主導(dǎo)性的作用,精準(zhǔn)調(diào)控聚酰胺膜的孔徑是實(shí)現(xiàn)高精度離子和分子分離的關(guān)鍵。然而,單純通過控制成膜反應(yīng)過程,實(shí)現(xiàn)膜孔徑在埃級(jí)尺度上的精準(zhǔn)調(diào)控是比較困難。而且膜的孔徑一般認(rèn)為在成膜后是固定不變的,難以實(shí)現(xiàn)尺寸差異較小的多組分混合溶質(zhì)體系的全分離。

為了實(shí)現(xiàn)不同尺寸溶質(zhì)的高選擇性分離,精準(zhǔn)調(diào)控膜的孔徑,中科院蘇州納米所朱玉長(zhǎng)副研究員和美國(guó)范德堡大學(xué)林士弘教授、蘇州大學(xué)靳健教授合作,報(bào)道了一種基于電驅(qū)動(dòng)滲透機(jī)制實(shí)現(xiàn)聚酰胺納濾膜孔徑在線精準(zhǔn)的新策略。作者設(shè)計(jì)了一種聚酰胺/碳納米管復(fù)合分離膜(CNTs-PA),內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)的碳納米管賦予了聚酰胺膜優(yōu)異的導(dǎo)電性。利用CNTs-PA膜作為工作電極,電解質(zhì)溶液中陽離子在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下被吸附到CNTs-PA膜表面進(jìn)而在膜孔內(nèi)部聚集濃縮。膜孔內(nèi)外的離子濃度差導(dǎo)致膜發(fā)生溶脹,進(jìn)而增大膜孔。通過調(diào)節(jié)電壓以及電解質(zhì)溶液的濃度,即可實(shí)現(xiàn)膜孔在線精準(zhǔn)調(diào)控,調(diào)控精度可以達(dá)到亞埃級(jí)。相關(guān)工作近期發(fā)表在《Nature Communications》上。

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