高性能两性离子聚合物接枝纳滤膜实现镁锂高效分离

本研究通过在两性聚酰胺(PA)层接枝两性离子聚羧酸甜菜碱(PCMBA)，开发出兼具高渗透性(13.11 L·m?2·h?1·bar?1)与优异镁锂选择性(SF=8.7)的纳滤膜(NF)，其形成的"自由水"水合层使抗污染性能提升至88%通量恢复率，为盐湖提锂提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究通过接枝两性离子聚羧酸甜菜碱(PCMBA)到由聚乙烯亚胺(PEI)和均苯三甲酰氯(TMC)界面聚合形成的带正电聚酰胺(PA)层上，开发出高性能纳滤(NF)膜。综合表征显示，两性离子改性诱导结构重组，形成更厚(153.1 nm)、更粗糙且表面电荷平衡的膜。这种独特结构通过形成"自由水"水合层增强亲水性，显著提升膜性能。

Membrane surface functional groups and elemental composition

如图2(a)所示，ATR-FTIR分析显示PA-PCMBA1膜在1726 cm^?1出现羧基特征峰，证实了PCMBA的成功接枝。XPS进一步验证了氮元素含量增加和季铵基团的存在，表明两性离子结构形成。

Conclusions

总结而言，两性离子PCMBA改性通过多重机制显著提升PA-PEI膜性能。优化后的PA-PCMBA1膜水通量(13.11 L/(m²·h·bar))比原始膜提高34.2%，同时保持89.93%的MgCl₂截留率。在模拟盐湖卤水(Mg²⁺/Li⁺=20)中，通量提升1.5倍(12.34 L/(m²·h·bar))，分离因子达8.7。该膜展现出卓越的抗污染性能，通量恢复率高达88%，这归因于两性离子诱导的水合层降低了表面吉布斯自由能，从热力学上抑制了污染物吸附。