我院在离子筛分领域基础研究上再创佳绩
发布日期:2020-12-11    作者:    来源:    点击量:1720   分享到:

近期,在我院院长、膜分离重点实验室主任王磊教授的指导下,青年教师、博士后王琎与博士生朱甲妮及多位硕士生共同参与的离子分离技术的研究,再次取得重要进展。研究论文《精确控制Al13-Ti3C2Tx薄膜内受限通道尺寸实现可调性离子筛分》(“Precisely Tunable Ion Sieving with an Al13-Ti3C2Tx Lamellar Membrane by Controlling Interlayer Spacing”)于2020年11月13日在线发表于《ACS Nano》(IF=14.59)上。《ACS Nano》是美国化学协会(ACS)出版社旗下纳米材料科学领域的顶级期刊,该期刊是当前国际化学、材料科学领域最具影响力的综合性刊物之一。


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膜分离的精密离子筛分技术在环境与资源等领域的多个细分研究上均具有重要意义,特别是对于具有复杂离子体系的盐湖卤水中锂、钾等离子资源的提取与纯化,离子的精确、快速分离效率非常关键,是目前膜分离技术方向的前沿课题,其中二维分离薄膜内的大量受限毛细通道对薄膜分离性能的作用至关重要。

但是由于水溶液中的离子插层会导致二维薄膜产生溶胀现象,致使受限通道难以稳定维持适于离子筛分的艾米级尺寸,进而导致离子筛分性能降低。该研究成果是在2020年7月发表于《Nature Communications》(IF=12.12)成果的基础上,选取二维纳米Ti3C2Tx材料作为分离薄膜的构筑单元,通过在相邻纳米片之间引入Keggin羟基铝柱离子,成功的实现了通道的尺寸在11.5-20.0埃米范围内精确调控。研究发现具有不同层间距的二维膜在离子筛分过程中表现出了不同分离效应,并得到了二维Ti3C2Tx薄膜具有良好的一价/多价离子筛分性能的层间距离特征值。


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图 Al13-Ti3C2Tx层状膜制备过程示意图


作者针对性的选择了具有不同通道尺寸的薄膜分别尝试了在海水淡化以及冶金工业废水酸回收方向的应用研究,发现本研究构筑的Ti3C2Tx薄膜表现出了优于商用高分子传统薄膜的分离性能。本研究对实现工业废水净化、工业废液中提取贵稀金属资源具有重要的支持作用。

本研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省,西安市各项科技计划以及校人才基金的资助;“四主体一联合”校企合作共建新型研发平台——陕西省膜分离技术研究院、陕西省膜分离重点实验室、陕西省环境工程重点实验室也为研究开展给予了重要支持。