单价阴离子选择性分离膜与电渗析技术的结合，可以同步实现一价/二价阴离子的高效分离以及一价盐的高倍浓缩，在盐湖提锂、卤水精炼、高盐废水零排放等领域都能发挥重要作用。然而，商业单价阴离子选择性分离膜的离子选择性偏低、碱稳定性较差，在实际工业场景中的应用受限。
最近，中科大的徐铜文教授和葛亮教授课题组构建了具有疏水侧链的聚（烷基-联苯吡啶）阴离子交换膜，具有出色的渗透选择性，可通过电渗析将Cl- 和OH- 等单价离子与其他多价离子高效分离。该工作发表于Industrial Chemistry and Materials期刊上。
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“一价/二价阴离子的选择性分离涉及高盐废水回收利用、氯碱工业卤水净化、废碱回收等。如何构建具有高阴离子选择性、高碱稳定性的单价阴离子选择性分离膜，是我们团队努力的方向。”徐铜文教授表示。
制备阴离子交换膜，常规方法需要的化学品可能对环境构成威胁，如氯甲基化或溴化试剂。此外，因为主链的阳离子头基移动性较差，此类膜的离子电导率和碱性稳定性通常较低，也几乎不能进行良好的微相分离，难以为OH-离子传导创造有效的通道。
为克服传统阴离子交换膜的上述问题，研究人员以聚（烷基联苯吡啶）为聚合物主链，引入柔性疏水侧链，诱导主侧链微相分离。在生成的单价阴离子选择性分离膜中，长侧链和疏水聚合物之间出现微相分离，构筑出一个膜内选择性离子传输通道。
具有疏水侧链的聚（烷基-联苯吡啶）阴离子交换膜 | 参考文献[1]
“我们发现，这些具有显著微相分离形态的新型单价阴离子选择性分离膜，可以根据水化半径和吉布斯水化能的差异，以高选择性将溴化物、氟化物、硝酸盐离子与其他多价阴离子分离。” 徐铜文教授说。
基于Cl-和SO42-水合半径以及吉布斯水合自由能间的不同，Cl-和SO42-在通道内的传输速率会产生差异，最终能呈现较好的Cl-/SO42-选择性。它还显示出高OH-通量和OH-/WO42-间的高渗透选择性，远高于商业Neosepta ACS膜。特别是基于无醚聚合物主链的设计，该单价阴离子选择性分离膜在碱性溶液中仍能表现出优异的一/二价阴离子分离性能和碱稳定性，成功通过了20个循环的稳定性验证。
研究人员还透露，他们已经完成了单价阴离子选择性分离膜的中试规模准备工作，对膜性能的综合评价仍在进行中。他们计划尽早将该单价阴离子选择性分离膜商业化，以解决行业在阴离子分离方面的一些困难。
参考文献
[1] Yang, H., Afsar, N. U., Chen, Q., Ge, X., Li, X., Ge, L., & Xu, T. (2023). Poly (alkyl-biphenyl pyridinium) anion exchange membranes with a hydrophobic side chain for mono-/divalent anions separation. Industrial Chemistry & Materials.
[2] https://www.eurekalert.org/news-releases/978023
编译：竹子
编辑：靳小明
排版：尹宁流
题图来源：参考文献[1]
研究团队
共同通讯作者徐铜文：中国科学技术大学教授；葛亮：中国科学技术大学教授
共同第一作者杨宏欣：中国科学技术大学
论文信息
发布期刊Industrial Chemistry and Materials
发布时间2023年1月4日
论文标题Poly(alkyl-biphenyl pyridinium) anion exchange membranes with a hydrophobic side chain for mono-/divalent anion separation
（DOI: https://doi.org/10.1039/D2IM00043A）