Bifunctional side-chains decorating a distorted poly(aryl ether sulfone) backbone to endow an anion exchange membrane with high perm-selectivity for chloride ions

双功能 离子交换 化学 侧链 乙醚 选择性 氯化物 芳基 离子键合 电渗析 高分子化学 离子 有机化学 聚合物 烷基 催化作用 生物化学
作者
Junbin Liao,Tongtong Wang,Yifan Xu,Qishun Zhang,Yuanyuan Tang,Junjie Mu,Edison Huixiang Ang,Yuyang Yao,Yanqing Xu,Jiangnan Shen
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:706: 122970-122970 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2024.122970
摘要

Mono-valent selective ion-exchange membrane, as the core component of selective electrodialysis (SED), has received extensive attention. In this work, we report a mono-valent selective anion-exchange membrane (AEM), which was fabricated with distorted poly(aryl ether sulfone) and decorated with bifunctional side-chains providing anion exchange groups and hydrophobic segments. By tuning the length of the hydrophobic side-chains, the nanophase separation within AEMs was finely tuned, evidenced by an ionic cluster size of about 0.47 nm from SAXS analysis. The optimized AEM (PAES-TA-7 AEM) shows a very low water swelling ratio of 6.4%, signaling good dimensional stability. The perm-selectivity () of PAES-TA-7 AEM during ED reached 107 at 2.5 mA∙cm−2 (ion flux: 2.69 × 10−8 mol·cm−2·s−1 at 90 min) significantly exceeding that of the commercial Neosepta ACS (11; 2.08 × 10−8 mol·cm−2·s−1). It is inferred that the ion channels, resulting from nanophase separation between the side-chains and the backbone, as well as the free volume cavity created by the distorted backbone, significantly contribute to the smooth transport of the Cl– ions through the AEM with less resistance. As a result, it is believed that this work offers a useful strategy to advance the monovalent anion-selective membranes.
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