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Electrospun nanofiber membrane of 14-crown-4 polyimide by in situ grafting diamino crown ether for highly selective Li+ adsorption and separation

聚酰亚胺 嫁接 冠醚 吸附 纳米纤维 高分子化学 牙冠(牙科) 化学工程 乙醚 材料科学 化学 有机化学 图层(电子) 聚合物 复合材料 离子 生物化学 工程类
作者
F YANG,Junyuan Hua,Jiahui Du,Jintao He,Jian Xiao,Lei Li,Xiaohua Ma,Jianxin Li
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier BV]
卷期号:351: 128097-128097 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2024.128097
摘要

The global demand for lithium is increasing rapidly with the blossom of the new energy field. It is imperative to develop a sustainable and efficient approach for recovering Li+ resources from salt-lake brine. In this study, diamino dibenzo-14-crown-4 ether (DAB) was chemically grafted on 14-crown-4 polyimide (14C4PI) by nucleophilic substitution to fabricate nanofiber membrane by electrospinning method. The crown ether loading of DAB-g-14C4PI membrane was increased from 1.38 up to 2.27 mmol/g, and the grafting degree reached 83.4 % by regulating the additive amount of DAB and the reaction time. The Li+ equilibrium adsorption capacity of the DAB-g-14C4PI nanofiber membrane was enlarged from 40.17 (14C4PI) to 60.71 mg/g. The adsorption for Li+ on the membrane was a monolayer chemical adsorption process proved by the adsorption kinetic and isotherm models. The separation factors of the membrane for Li+/Na+, Li+/K+, Li+/Mg2+ and Li+/Ca2+ were 69.24, 79.4, 37.46 and 67.53, respectively. DFT calculations indicated the raised Li+ adsorption capacity was also ascribed to the enhanced adsorption energy from −107.71 to −122.84 kcal/mol, owing to the relatively higher electric charge density (−0.478 vs −0.448 a.u.). In summary, this work put forward a novel method to fabricate a nanofiber membrane with a high crown ether loading for the extraction of lithium resources.
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