新闻资讯
NEWS CENTER
15
2026
-
01
JMS｜用于锂提取的高性能纳滤膜的制备
作者：
英文题目：
Fabricating high-performance nanofiltration membranes for lithium extraction
中文题目：
用于锂提取的高性能纳滤膜的制备
期刊信息：Journal of Membrane Science
发表日期：2026年1月17日
DOI: 10.1016/j.memsci.2025.125074
摘要内容：
本研究开发了一种基于“类COF环”聚胺（CRPAs）的高性能纳滤膜，用于盐湖卤水中镁-锂高效分离。通过抑制结晶，顺/反-1,4-环己二胺（DAH）与1,3,5-三甲酰基间苯三酚（Tp）在水相中快速形成具有β-酮烯胺结构的CRPAs，再经界面聚合制膜。CRPAs显著增强聚酰胺交联度与纳米尺度结构有序性，使孔径分布更窄，离子筛分精度大幅提升。优化膜的水渗透率达17.2 LMH/bar，LiCl/MgCl₂选择性达36.7，分别为未添加CRPAs膜的252%与696%；在Mg/Li=140、近10000 ppm的高浓卤水中仍保持51.1的选择性，为盐湖提锂提供简单高效的新策略。
研究背景与意义：
电动车与储能爆发式增长使锂需求飙升，全球一半以上锂资源赋存于高镁盐湖卤水。纳滤（NF）因操作压力低、环境友好而被视为最具规模的膜法提锂路线，但传统聚酰胺薄膜复合（TFC）膜孔径无序、Mg²⁺/Li⁺选择性低（通常<10），无法满足“一步结晶法”要求的渗透液Mg/Li<6。近年来COF材料虽带来有序孔道，但其孔径>0.8 nm，需复杂后修饰才能筛分离子，放大困难。本研究首次提出“在水相原位生成类COF环聚胺（CRPAs）”概念，利用其环状刚性骨架限制聚酰胺链随机折叠，同步提高水通量与Mg²⁺/Li⁺选择性，解决传统界面聚合结构无序、选择性低的瓶颈，为膜法提锂提供可放大、低成本的新思路。
实验步骤：
1. 水相：将0.04 wt% NaOH、0.1 wt% SDS与0–0.15 wt% Tp室温搅拌溶解，再滴加0.12 wt%顺/反混合DAH，静置5 min让DAH与Tp缩合生成CRPAs；
2. 基膜：聚砜（PSf）超滤膜浸入上述水相5 min，橡胶辊去除表面多余溶液，空气暴露40 s；
3. 有机相：0.06 wt%均苯三甲酰氯（TMC）的正庚烷溶液，与膜接触30 s完成界面聚合；
4. 后处理：膜片用正己烷冲洗，80 °C烘箱热固化8 min，去离子水储存备用；
5. 对照：固定DAH 0.12 wt%，仅改变Tp浓度（0–0.15 wt%），对应膜编号Tp 0–Tp 0.15；
6. 自支撑聚酰胺：相同两相剧烈混合2 min，抽滤得白色凝胶，乙醇/水反复洗涤，80 °C真空干燥72 h，用于固态NMR与SAXS测试。
主要结果与结论：
- 结构验证：FTIR、固态¹³C NMR、MALDI-TOF证实DAH+Tp在10 min内定量形成分子量1190/1450 Da的八/十元环β-酮烯胺CRPAs，无Tyndall效应，分子级分散；
- 膜性能：Tp 0.09膜纯水渗透率达17.2 LMH/bar，LiCl/MgCl₂理想选择性36.7，分别为空白膜的2.5倍与7倍；在Mg/Li=140、总盐6000–10000 ppm条件下，渗透液Mg/Li<4.5，65 h连续运行稳定；
- 结构-性能关系：SAXS显示CRPAs引入后在0.55–0.7 Å⁻¹出现有序峰，对应0.9–1.15 nm周期，印证环状分子诱导链段规整堆积；XPS表明酰胺键比例提升，三级酰胺增多，孔径分布收窄至0.48 nm，介于水合Mg²⁺与Li⁺之间，实现尺寸筛分。
DAH与Tp先在水相形成环状β-酮烯胺CRPAs，其多胺基团被限制在刚性环内，相对位置固定；界面聚合时，CRPAs与TMC发生“邻近”多点反应，避免传统DAH单体的随机扩散与链段无序折叠。环状骨架作为“模板”引导聚酰胺网络沿更规整方向生长，抑制大孔/致密区共存，缩小孔径分布至0.48 nm。同时，CRPAs增大分子量与空间位阻，降低扩散速率，使分离层厚度先减后增，最优Tp 0.09膜获得高交联、高有序、低缺陷的“准均一”网络，从而在保持高透水性的同时，将Mg²⁺截留率提升至>99%，Li⁺截留<50%，实现超高Mg²⁺/Li⁺选择性。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/aJoefok06nDbcMfYWkSSqw
相关新闻
