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20
2026
-
09
Angew: 界面点击聚合重塑电荷分布，实现锂镁分离
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背景
从高镁锂比盐湖卤水中*分离Li⁺和Mg²⁺，是膜法提锂面临的核心挑战之一。由于两种离子的水合尺寸和化学性质接近，单纯依赖尺寸筛分难以获得足够高的选择性，因此利用价态差异进行静电筛分成为重要策略。传统界面聚合聚酰胺膜通常由胺单体与酰氯反应制备，但残余酰氯水解形成的羧基使膜表面呈负电性，不利于高Mg²⁺/Li⁺比条件下的离子分离。为此，已有研究通过引入阳离子单体或后修饰构筑正电荷膜，利用Donnan排斥强化对二价Mg²⁺的截留。然而，仅提高整体正电荷密度并不能保证整个膜表面具有一致的离子筛分能力，局部结构和电荷缺陷仍可能削弱选择性。因此，如何在构筑正电选择层的同时减少这些局部缺陷，成为进一步提升Li⁺/Mg²⁺分离性能的关键。
创新
近日，浙江大学刘明教授团队跳出传统“酰氯–胺”界面聚合体系，采用氨基–炔点击界面聚合构筑选择层，从反应化学和聚合动力学两个层面优化膜的局部结构与静电环境。首先，以炔酮单体PE与PEI发生氨基–炔点击反应，避免使用易水解的酰氯，从源头抑制羧基负电缺陷的形成；与此同时，高分子量PEI具有更大的流体动力学尺寸和更慢的扩散速度，可以缓和界面处局部过快的聚合反应，使反应前沿更加均匀，并利用丰富的胺基连接纳米尺度的结构与电荷间隙。由此建立“避免水解负电缺陷→高分子扩散调控→均匀界面聚合→连续富胺正电选择层”的构筑路径，使Donnan排斥能够更有效地作用于整个离子传输界面。优化后的PE-PEI25000膜Li⁺/Mg²⁺选择性达到131.62，并在高Mg²⁺/Li⁺比环境下表现出良好的分离能力和长期稳定性。
意义
这项工作的核心意义在于，它将正电荷膜的设计从单纯“增加正电基团”推进到“协同设计反应化学、界面结构与局部静电环境”。氨基–炔点击反应首先从化学源头避免传统酰氯水解带来的负电缺陷，而高分子PEI进一步通过扩散动力学调控减少界面聚合过程中产生的局部结构缺陷，最终使孔结构、正电荷和Donnan排斥形成协同。由此，Li⁺/Mg²⁺分离建立起“界面反应化学调控→结构/电荷缺陷抑制→连续正电选择层→Mg²⁺静电排斥增强→Li⁺/Mg²⁺选择性提升”的完整链条。更重要的是，这项工作提示离子选择性膜设计不能只关注孔径和宏观平均电荷密度，还需要关注这些性质在真实传输界面上能否连续、有效地发挥作用，为复杂高盐环境下的选择性离子分离提供了新的界面工程思路。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/r1QJeY6mWRLFdMtc_etqDg
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