用于锂提取的异质电荷膜，该膜由厚度小于10纳米的聚酰胺/Zn-TCPP双层构成

《Journal of Materials Chemistry A》：Heterogeneous charge membranes with a sub-10-nanometer polyamide/Zn-TCPP dual-layer for lithium extraction

通过界面聚合法制备了具有双电荷结构的聚酰胺/Zn-TCPP纳米片双层纳滤膜，在50:1 Mg/Li比下实现80.79分离因子，水通量达6.79 L·m?2·h?1·bar?1并持续360小时。三元体系测试中Li/Mg分离因子仍高于40，理论模拟证实Mg2?跨膜能垒显著高于Li?。

　　

高离子选择性和优异的长期稳定性是针对高盐度盐水中锂提取的纳滤（NF）膜的关键性能指标，这些盐水中含有杂质且镁锂比较高。本文通过界面聚合方法结合真空辅助过滤技术，制备了一种具有正负电荷异质结构的双层纳滤膜。该膜在二维Zn-TCPP纳米片上形成了一层厚度小于10纳米的聚酰胺（PA）层。位于上层的带正电的PA层起到了“屏蔽”作用，有效阻挡了Mg²⁺的通过；而带负电的Zn-TCPP层以及均匀的孔结构则促进了Li⁺的渗透。添加Zn-TCPP可以增加膜的自由体积分数并形成有效的筛选通道。适量的Zn-TCPP纳米片可使PA层厚度达到5纳米，在Mg²⁺/Li⁺比为50:1、连续运行360小时的情况下，实现最佳的Li⁺/Mg²⁺分离性能（水通量为6.79 L m^-2 h^-1 bar^-1），此时Li⁺/Mg²⁺分离因子达到80.79。在含有Li⁺、Mg²⁺和X⁺（X = Na⁺或K⁺，且X浓度加倍）的三元金属离子溶液中，Li⁺/Mg²⁺分离因子仍保持在40以上。密度泛函理论（DFT）模拟和分子动力学研究表明，Mg²⁺通过膜的能量障碍明显高于Li⁺。Zn-TCPP表面上离子的吸附高度、不同的离子穿透能量以及离子扩散速率进一步解释了该膜具有优异分离性能的原因。