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29
2026
-
06
Nature子刊：原位界面聚合实现一价阴离子分离
作者：
研究背景
工业废水中大量存在的硝酸根、硫酸根和溴离子等有害离子对水质和生态构成严重威胁，而传统处理方法（如沉淀、离子交换和膜蒸馏）存在成本高、易产生有毒副产物等局限。电渗析（ED）技术结合离子选择性膜，为离子分离和资源回收提供了可持续方案，但现有离子交换膜面临通量与选择性之间的“权衡”难题，且缺乏*的离子传输通道，导致能耗高、选择性低。为突破这些瓶颈，研究者尝试引入沸石、金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）等功能材料，但受限于合成成本高、稳定性差和规模化困难等问题。因此，亟需开发兼具高选择性、良好稳定性和可规模化制备的新型阴离子交换膜（AEM）。
本文摘要
开发一价阴离子选择性膜（MAPMs）面临着诸多挑战，包括通量与选择性之间的权衡、膜稳定性以及成本效益制备等问题。克服这些挑战需要先进的材料设计和可规模化的技术。在此，引入原位界面聚合（ISIP）方法来制备MAPMs。基膜通过*强酸聚合合成，并修饰有阴离子通道和–NH₂基团。在ISIP过程中，均苯三甲酰氯（TMC）与表面的–NH₂基团反应，形成部分交联结构并带有–COOH基团，从而通过静电相互作用调控离子传输。这导致膜电阻较低（4.7 Ω cm²），并能选择性传输弱水合离子（Cl⁻, Br⁻, NO₃⁻），而强水合离子（SO₄²⁻, F⁻）则面临较高的传输能垒。MAPMs表现出高性能，极限电流密度 >90 mA cm⁻²，Cl⁻通量（在5 mA cm⁻²下为1.98 mol m⁻² h⁻¹）以及选择性（Cl⁻/SO₄²⁻选择性为244），证实了有效的 hydration 动力学调控和均衡的性能。模拟揭示了电荷分布如何影响离子迁移路径。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/4zSulidNI4VVL1uTXXzPIg
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