Performance metrics for nanofiltration-based selective separation for resource extraction and recovery

纳滤 分离过程 过滤(数学) 分离(统计) 萃取(化学) 膜技术 色谱法 工艺优化 化学 浓差极化 工艺工程 化学工程 计算机科学 工程类 数学 机器学习 生物化学 统计
作者
Ruoyu Wang,Rong‐Rong He,Tao He,Menachem Elimelech,Shihong Lin
标识
DOI:10.1038/s44221-023-00037-0
摘要

Membrane filtration has been widely adopted in various water treatment applications, but its use in selective solute separation for resource extraction and recovery is an emerging research area. When a membrane process is applied for solute–solute separation to extract solutes as the product, the performance metrics and process optimization strategies should differ from a membrane process for water production because the separation goals are fundamentally different. Here we used lithium (Li) magnesium (Mg) separation as a representative solute–solute separation to illustrate the deficiency of existing performance evaluation framework developed for water–solute separation using nanofiltration (NF). We performed coupon- and module-scale analyses of mass transfer to elucidate how membrane properties and operating conditions affect the performance of Li/Mg separation in NF. Notably, we identified an important operational trade-off between Li/Mg selectivity and Li recovery, which is critical for process optimization. We also established a new framework for evaluating membrane performance based on the success criteria of Li purity and recovery and further extended this framework to separation with the target ions in the brine. This analysis lays the theoretical foundation for performance evaluation and process optimization for NF-based selective solute separation. Membranes can be used not only for water filtration but also for solute–solute separation. Using the separation between lithium and magnesium, this analysis provides a platform for evaluating the performance of nanofiltration-based selective solute separation.
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