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17
2026
-
03
JMS: 纳米限域“锁住”界面反应，PHI中间层助力锂镁分离
作者：
一、背景：锂镁分离为何如此困难？
随着新能源汽车和储能产业快速发展，锂资源需求持续攀升。盐湖卤水中蕴含约70%的全球锂资源，是重要的锂来源。然而，盐湖卤水成分复杂，其中**的挑战来自Mg²⁺的干扰：Mg²⁺/Li⁺比例常高达20以上，两者水合半径极为接近，化学性质相似，这使得亚纳米尺度的**筛分变得极其困难。纳滤（NF）膜依靠尺寸筛分+电荷排斥（Donnan效应）实现离子分离。PEI基聚酰胺（PA）层因可质子化形成–NH₃⁺，对二价Mg²⁺具有更强排斥能力，是理想候选材料。但问题在于：PA层结构过于致密，孔径接近Li⁺与Mg²⁺水合半径下限，两种离子同时被截留。如何在保持高正电荷密度的同时，**调控孔径，成为突破锂镁分离瓶颈的关键。
二、创新：PHI中间层构建纳米限域调控IP过程
近日，深圳大学陈嘉平教授课题组提出了一种PHI中间层纳米限域策略，在界面聚合（IP）过程中实现原位**调控。核心机制包括：
1. 纳米限域调控单体行为
高度结晶的PHI纳米片构建二维限域空间，提高PEI单体界面吸附量，抑制单体过度扩散，优化单体空间分布均匀性，从而减缓IP速率，实现可控PA网络生长。
2. 构建更优孔结构与自由体积
PHI嵌入PA网络内部，增加自由体积，优化有效孔径分布，降低结构致密度。
3. 强化正电荷密度
更高的PEI局部浓度促进–NH₃⁺形成增强对Mg²⁺的电荷排斥，提高Donnan效应强度。实验与分子动力学模拟共同验证了PHI中间层对IP过程和孔结构演化的调控机制。最终NF-P2膜表现出优异性能：
水通量：≈13–14 LMH/bar
MgCl₂截留率：>97.8%
Li⁺/Mg²⁺选择性：≈43.5
在两级纳滤过程中，Mg²⁺/Li⁺比从60降至0.9；单级处理模拟盐湖卤水时，Li⁺回收率超过62%。
三、意义：突破“通量–选择性”权衡
该研究的重要意义在于打破传统纳滤膜“高通量–高选择性难以兼得”的限制。
1. **将PHI用于IP限域调控，实现对界面反应动力学的**控制。
2. 同时提升通量与锂镁选择性，通过结构与电荷双重优化突破性能瓶颈。
3. 构建可推广的纳米限域设计策略，为其他离子分离膜提供新思路。
4. 服务可持续锂资源开发，为盐湖卤水**提锂提供工程潜力方案。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/8LFVmB__98wG0Z4wSx01pg
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