據悉,能用于分離亞納米尺寸的低/高價離子的膜需要具有極高的分離精度及選擇性。目前,常通過在壓力驅動的膜中構建設計良好的離子選擇性納米通道來滿足這一需求。界面聚合(IP)方法作為一種最成熟、最節能的無缺陷聚酰胺(PA)膜制備技術常被用于構建離子選擇性納米通道。然而,傳統的納米材料由于多分散性、尺寸為幾十納米、與PA基體的界面相容性差以及缺乏足夠的可電離基團,故很難構建具有高滲透性和高分離精度的離子選擇性納米通道。
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為解決這一難題,浙江大學朱寶庫教授與丹麥工程技術大學Claus Hélix-Nielsen教授通過界面聚合將離子型聚酰胺胺(PAMAM)樹狀大分子引入PA膜中制備了新型PA膜材料。實現了對亞納米尺寸離子的高精度、高效率和高穩定性分離。在此,作者還分析了離子篩選/傳輸機制。該工作以題為“Ionic Dendrimer Based Polyamide Membranes for Ion Separation” 發表在《ACS Nano》上。
![]() 圖1 (a)離子型PAMAM樹狀大分子的合成示意圖。(b)低價/高價離子通過PA膜的篩選/傳輸機制示意圖(未摻入PAMAM樹狀大分子的PA膜和分別摻入PAMAM G5-NH2、PAMAM G5-TAC和PAMAM G5-PS的PA膜,依次表示為PIP-only、G5NH2/PIP、G5-TAC/PIP和G5-PS/PIP)。
文章亮點:
1、該膜包含內部(分子內空隙)和外部(離子型PAMAM樹狀大分子和PA基質之間的界面空隙)納米通道,可用于水分子的快速傳輸。
2、離子型PAMAM樹狀大分子的亞-10納米尺寸及其在PA納米膜中的梯度分布是成功形成無缺陷的PA納米膜的關鍵因素。
![]() 圖2 PA膜的橫截面透射電鏡表征圖
3、離子型PAMAM樹狀大分子將可電離基團附著在納米通道的外部,增強了離子篩選/傳輸過程中的Donnan效應,降低了離子分離性能對孔徑變化的敏感性。
4、與當前最先進的膜相比,所得離子型PAMAM樹狀大分子PA膜具有較高的單鹽選擇性、高效性、長期穩定性和化學清洗耐受性,可應用于各種實際應用領域,如水凈化、醫療保健、能量轉換和化學工業。
![]() 圖3 PA納米膜的正反面形貌的場發射掃描電子顯微鏡表征圖和PA膜結構的示意圖。 |