聚苯胺修饰MXene增强QPPO膜的双功能离子筛分：高效H+/金属阳离子分离与Li+/Mg2+选择性透析

本文推荐一种创新性聚苯胺修饰MXene（PANI-Ti3C2TX）掺杂季铵化聚苯醚（QPPO）的阴离子交换膜（AEM），通过微相分离结构（亲水域达14.8 nm）和1.75 mmol·g-1离子交换容量（IEC），实现H+透析系数（UH）提升至1.53×10-2 m·h-1（较商用膜提高2.9倍），并突破Li+/Mg2+选择性（SLi/Mg=12.4）的渗透-选择性平衡难题。

　　

Highlight

本研究通过聚苯胺（PANI）修饰的MXene（Ti₃C₂T_X）纳米片与季铵化聚苯醚（QPPO）复合，开发出具有双功能分离性能的阴离子交换膜（AEM）。该膜在扩散透析（DD）中同时实现：

1. 1.

   H⁺/金属阳离子分离：在HCl/FeCl₂体系中，H⁺透析系数（U_H）达1.50×10^-2 m·h^-1，选择性（S_H/Al）突破1805.8，远超商用TWDDA3S膜；

2. 2.

   Li⁺/Mg²⁺筛分：Li⁺通量提升的同时保持S_Li/Mg达12.4，为盐湖提锂提供新策略。

Membrane morphology

扫描电镜（FE-SEM）显示，1.0%-PANI-Ti₃C₂T_X-QPPO膜表面致密无缺陷（图2a-d），元素映射证实MXene均匀分散。膜内亲水微区扩展至14.8 nm，形成高效离子传输通道。

Conclusion

PANI-Ti₃C₂T_X与QPPO的协同作用破解了传统聚合物膜的渗透-选择性矛盾，其机理包括：

• •

  MXene表面官能团提供离子结合位点；

• •

  微相分离结构加速H⁺的Grotthuss机制传导；

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  纳米片层间通道实现Li⁺/Mg²⁺尺寸筛分。