Dehydration‐enhanced Ion Recognition of Triazine Covalent Organic Frameworks for High‐resolution Li+/Mg2+ Separation

电渗析 渗透 共价有机骨架 化学 电解质 萃取(化学) 离解(化学) 离子 化学工程 共价键 色谱法 电极 有机化学 生物化学 工程类 物理化学
作者
Qinghua Zhang,Wen-Tong Meng,Sifan Chen,Ming Wu,Feng Gao,Yang Hou,Xiaoli Zhan,Wei Hu,Lijun Liang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
标识
DOI:10.1002/anie.202422423
摘要

The precise and rapid extraction of lithium from salt-lake brines is critical to meeting the global demand for lithium resources. However, it remains a major challenge to design ion-transport membranes with accurate recognition and fast transport path for the target ion. Here, we report a triazine covalent organic framework (COF) membrane with high resolution for Li+ and Mg2+ that enables fast Li+ transport while almost completely inhibiting Mg2+ permeation. The remarkably high rejection of Mg2+ by the COF membrane is achieved via imposed ion dehydration and the construction of the energy well. The proper hydrophilic environment of the COF channel promotes the dissociation of Li+ from the negatively charged functional groups, allowing Li+ for hopping transport supported by the sulfonate side-chains to shorten the diffusion path of Li+. Under high-salinity electrodialysis conditions, the COF membrane demonstrates robust Li+/Mg2+ separation performance (No Mg2+ were detected in the collected solution), achieving efficient lithium recovery and high product purity (Li2CO3: 99.3%). This membrane design strategy enables high energy efficiency and powerful lithium extraction in the electrodialysis lithium extraction process, and can be generalized to other energy and separation related membranes.
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