Origins of Lithium/Sodium Reverse Permeability Selectivity in 12-Crown-4-Functionalized Polymer Membranes

选择性 离子 水溶液 溶剂 锂(药物) 高分子化学 无机化学 材料科学 化学 化学工程 有机化学 催化作用 内分泌学 工程类 医学 生物化学
作者
Everett S. Zofchak,Zidan Zhang,Bill K. Wheatle,Rahul Sujanani,Samuel J. Warnock,Theodore J. Dilenschneider,Kalin G. Hanson,Shou Zhao,Sanjoy Mukherjee,Mahdi M. Abu‐Omar,Christopher M. Bates,Benny D. Freeman,Venkat Ganesan
出处
期刊:ACS Macro Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (9): 1167-1173 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsmacrolett.1c00243
摘要

Direct lithium extraction via membrane separations has been fundamentally limited by lack of monovalent ion selectivity exhibited by conventional polymeric membranes, particularly between sodium and lithium ions. Recently, a 12-Crown-4-functionalized polynorbornene membrane was shown to have the largest lithium/sodium permeability selectivity observed in a fully aqueous system to date. Using atomistic molecular dynamics simulations, we reveal that this selectivity is due to strong interactions between sodium ions and 12-Crown-4 moieties, which reduce sodium ion diffusivity while leaving lithium ion mobility relatively unaffected. Moreover, the ion diffusivities in the membrane, when scaled by their respective solution diffusivities and free ion fractions, can be collapsed to an almost universal relationship depending on solvent volume fraction.
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