Unlocking Direct Lithium Extraction in Harsh Conditions through Thiol-Functionalized Metal–Organic Framework Subnanofluidic Membranes

化学 硫醇 金属有机骨架 锂(药物) 萃取(化学) 环境化学 有机化学 吸附 生物化学 医学 内分泌学
作者
Chen Zhao,Fan Feng,Jue Hou,Jian Hu,Yuyu Su,Jefferson Zhe Liu,Matthew R. Hill,Benny D. Freeman,Huanting Wang,Huacheng Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (20): 14058-14066 被引量:63
标识
DOI:10.1021/jacs.4c02477
摘要

Metal-organic framework (MOF) membranes with high ion selectivity are highly desirable for direct lithium-ion (Li+) separation from industrial brines. However, very few MOF membranes can efficiently separate Li+ from brines of high Mg2+/Li+ concentration ratios and keep stable in ultrahigh Mg2+-concentrated brines. This work reports a type of MOF-channel membranes (MOFCMs) by growing UiO-66-(SH)2 into the nanochannels of polymer substrates to improve the efficiency of MOF membranes for challenging Li+ extraction. The resulting membranes demonstrate excellent monovalent metal ion selectivity over divalent metal ions, with Li+/Mg2+ selectivity up to 103 since Mg2+ should overcome a higher energy barrier than Li+ when transported through the MOF pores, as confirmed by molecular dynamics simulations. Under dual-ion diffusion, as the Mg2+/Li+ mole ratio of the feed solution increases from 0.2 to 30, the membrane Li+/Mg2+ selectivity decreases from 1516 to 19, corresponding to the purity of lithium products between 99.9 and 95.0%. Further research on multi-ion diffusion that involves Mg2+ and three monovalent metal ions (K+, Na+, and Li+, referred to as M+) in the feed solutions shows a significant improvement in Li+/Mg2+ separation efficiency. The Li+/Mg2+ selectivity can go up to 1114 when the Mg2+/M+ molar concentration ratio is 1:1, and it remains at 19 when the ratio is 30:1. The membrane selectivity is also stable for 30 days in a highly concentrated solution with a high Mg2+/Li+ concentration ratio. These results indicate the feasibility of the MOFCMs for direct lithium extraction from brines with Mg2+ concentrations up to 3.5 M. This study provides an alternative strategy for designing efficient MOF membranes in extracting valuable minerals in the future.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小宇完成签到 ,获得积分20
刚刚
forever完成签到,获得积分10
1秒前
yhjiqimao完成签到,获得积分10
1秒前
暴富完成签到,获得积分10
1秒前
王能行完成签到,获得积分10
1秒前
nn发布了新的文献求助30
3秒前
xixi完成签到,获得积分20
4秒前
5秒前
jake完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
PEIfq完成签到 ,获得积分10
6秒前
luo发布了新的文献求助10
6秒前
ShishanXue完成签到 ,获得积分10
7秒前
锡嘻完成签到 ,获得积分10
7秒前
合适鲂完成签到,获得积分10
8秒前
hiha完成签到,获得积分0
9秒前
9秒前
10秒前
花痴的电灯泡完成签到,获得积分10
10秒前
苹果皮完成签到,获得积分10
11秒前
leiiiiiiii完成签到,获得积分10
12秒前
萝卜猪完成签到,获得积分10
12秒前
forever发布了新的文献求助10
12秒前
心灵美砖头完成签到,获得积分10
13秒前
正经大善人完成签到,获得积分10
13秒前
SY完成签到,获得积分10
13秒前
好运来发发发完成签到 ,获得积分10
14秒前
xiuxiu酱完成签到 ,获得积分10
15秒前
15秒前
松鼠非鼠完成签到 ,获得积分10
15秒前
dllneu发布了新的文献求助10
16秒前
Sylvia41完成签到 ,获得积分10
17秒前
zhhh完成签到,获得积分10
18秒前
Simpson完成签到 ,获得积分0
18秒前
kingyuan完成签到,获得积分10
19秒前
大大大完成签到,获得积分10
20秒前
Tail完成签到,获得积分10
22秒前
忧伤的雁露完成签到,获得积分20
22秒前
关畅澎发布了新的文献求助10
24秒前
hbhbj完成签到,获得积分10
24秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Modern Epidemiology, Fourth Edition 5000
Handbook of pharmaceutical excipients, Ninth edition 5000
Digital Twins of Advanced Materials Processing 2000
Weaponeering, Fourth Edition – Two Volume SET 2000
Polymorphism and polytypism in crystals 1000
Signals, Systems, and Signal Processing 610
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 纳米技术 有机化学 生物化学 化学工程 物理 计算机科学 复合材料 内科学 催化作用 物理化学 光电子学 电极 冶金 基因 遗传学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6021943
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 7637742
关于积分的说明 16167232
捐赠科研通 5169828
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2766593
邀请新用户注册赠送积分活动 1749684
关于科研通互助平台的介绍 1636700