科研進展
青海鹽湖所在氯離子選擇性膜研究領域取得新進展
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，在成分復雜的高鹽度鹵水體系中，傳統(tǒng)有機聚合物荷電膜易受濃度極化影響，而引入無機填料雖能提升傳質效率，卻往往因界面缺陷形成非選擇性通道，導致無法同時實現(xiàn)高離子選擇性和高離子通量。
針對上述挑戰(zhàn)，中國科學院青海鹽湖研究所離子吸附科學與技術課題組提出了一種氯離子膜“電荷屏蔽效應”設計策略，開發(fā)了一種由磺化聚醚砜(SPES)與水合錳氧化物(HMO)顆粒復合的新型混合基質膜-氯離子吸附膜(SPES@HMO)。該膜利用HMO納米顆粒調控膜界面電荷環(huán)境，從而特異性增強氯離子的傳輸，同時結合競爭吸附機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。
研究團隊設計的SPES@HMO氯離子膜，利用磺化聚醚砜（SPES）基質含有高密度的帶負電磺酸基團（-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基質中均勻分散，通過電荷屏蔽效應調節(jié)界面電荷環(huán)境，從而增強氯離子的滲透性，實現(xiàn)了靜電調控和競爭性吸附相結合的作用機制。實驗結果表明，這種協(xié)同機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1295.36。該技術的開發(fā)對鹽湖高純產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義，同時該膜還可應用于工業(yè)廢水處理和海水淡化等領域，實現(xiàn)特定離子的精準分離。
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)境科學與技術領域期刊《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基金聯(lián)合基金重點項目(U23A20119)、青海省自然科學基金（2023-ZJ-734）中國科學院穩(wěn)定支持基礎研究領域青年團隊(YSBR-039)等項目的資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.125273
圖1 “電荷屏蔽效應”設計策略
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
