Cation-permselective membranes enabled by synergistic ion channels of crown ethers and anionic sites

化学 离子 牙冠(牙科) 化学工程 无机化学 有机化学 材料科学 工程类 生物化学 复合材料
作者
Yanran Zhu,Bin Wu,Qian Chen,Guanyin Gao,Xingya Li,Chenxiao Jiang,Rongqiang Fu,Zhaoming Liu,Liang Ge,Tongwen Xu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:494: 152964-152964 被引量:3
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.152964
摘要

The specific interaction existing between crown ethers (CEs) and alkali metal ions serves a dual purpose in both facilitating the selective ion transport across polymeric membranes and exerting a significant influence on the microstructure by means of non-covalent interactions among the CEs. In this study, synergistic ion channels featuring a bi-periodic structure are constructed using both CEs and sulfonate (−SO3−) groups. It is observed that the membranes with reduced water uptake demonstrate enhanced ion permselectivity, attributable to the partial dehydration of ions during binding behavior. The bi-functional membranes exhibit excellent permselectivity for alkali metal ions, particularly K+, Na+ and Li+ ions, over Mg2+ ions. The permselectivity sequence of K+>Na+>Li+ and the notably superior K+/Mg2+ permselectivity, reaching up to 244.43, is attributed to the relatively stable CE-K+ complex within the channels, as supported by molecular dynamics simulations. Specifically, the fabricated membrane is successfully utilized in a 4-stage "ion-distillation" process, achieving an impressive separation factor for K+/Mg2+ over 40,000. The investigation of the synergy between CEs and anionic sites provides valuable insights for the development of cation-permselective membranes.
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