构建带稳定中间层的正电荷复合纳滤膜实现Mg2+/Li+高效分离

本文创新性地构建了ZIF-8@CNTs-OH@PEI纳米复合中间层，通过羟基化碳纳米管（CNTs-OH）的孔隙结构和氢键作用固定2-甲基咪唑，使沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-8）原位生长，再经聚乙烯亚胺（PEI）的"粘合"作用形成稳定结构。该设计显著提升了正电荷薄层复合（TFC）纳滤（NF）膜的通量（达70.6 L m-2h-1）和Mg2+/Li+分离因子（SLi,Mg=29.9），为盐湖提锂提供了高效解决方案。

　　

Highlight

本研究通过ZIF-8@CNTs-OH@PEI纳米复合材料构建了具有丰富空隙结构的稳定中间层，其独特之处在于：1）羟基化碳纳米管（CNTs-OH）通过多孔结构和羟基氢键捕获2-甲基咪唑；2）聚乙烯亚胺（PEI）作为"分子胶水"通过氨基氢键强化ZIF-8与CNTs-OH的结合；3）纳米复合悬浮液可直接用于中间层制备，避免干燥导致的颗粒团聚问题。

Materials

实验采用聚砜（PSF）基膜，以聚乙烯亚胺（PEI，Mw:600）、2-甲基咪唑（2-Melm）和醋酸锌为原料，通过真空辅助过滤法构建中间层。关键试剂包括聚偏氟乙烯（PVP K30）、三甲基酰氯（TMC）及Mg²⁺/Li⁺测试用氯化物。

TEM, XRD, Raman, and FTIR analyses of the nanocomposite

透射电镜（TEM）显示ZIF-8颗粒均匀生长在CNTs-OH表面，X射线衍射（XRD）证实了ZIF-8的特征晶型。拉曼光谱中1345 cm^-1（D带）和1575 cm^-1（G带）证明CNTs-OH结构完整，傅里叶红外光谱（FTIR）在1580 cm^-1处出现咪唑环特征峰，证实了材料的成功复合。

Conclusions

该正电荷复合纳滤膜展现出突破性性能：水通量达对照组的2.6倍（70.6 L m^-2h^-1），Li⁺负保留率（-25.5%）与Mg²⁺高截留率（95.2%）形成鲜明对比，Mg²⁺/Li⁺分离因子达29.9。中间层的多孔结构不仅降低跨膜阻力，其稳定性设计更为高性能分离膜开发提供新思路。