Efficient and ultrafast separation of Li+ and Mg2+ by the porous two-dimensional nanochannel of perm-selective montmorillonite membrane

选择性 化学工程 聚乙烯醇 乙二醇 化学 蒙脱石 多孔性 聚丙烯酰胺 材料科学 高分子化学 有机化学 催化作用 生物化学 工程类
作者
Tong Wen,Yunliang Zhao,Xingwen Wang,Licai Chen,Renbo Gao,Shutong Wang,Tingting Zhang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:475: 146101-146101 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146101
摘要

Recent innovations have created various two-dimensional membranes to break the Li+/Mg2+ selectivity limit of traditional separation membranes. However, the simultaneous achievement of ultrafast transport and high selectivity is still below the theoretical prediction. Herein, for overcoming these shortcomings, the two-dimensional montmorillonite membrane (2D MMT membrane) consisting of sulfonated polyvinyl alcohol (SPVA), ethylene glycol (EG), and polyacrylamide (PAM) is proposed based on the design of porous 2D nanochannels. It is found that the SPVA can effectively improve the membrane stability, but will densify the channel, and prevent ion transport. When the appropriate EG is included in the membrane component, the transport rate of Li+ can be increased from 0.29 mol h−1 m−2 to 0.56 mol h−1 m−2. However, because the transport of Mg2+ needs to overcome the high dehydration energy barrier, the JMg2+ changes little, hence increases in SMg2+Li+ from 4.1 to 7.3. In addition, the selectivity regulation of PAM can be further integrated, and the permselectivity of the membrane is improved to 9.2 due to the strong selective coordination of amide groups to Mg2+. This novel strategy provides a valuable reference for developing high-performance 2D MMT membranes, which can also promote the application of 2D membranes in the Li+/Mg2+ separation.
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