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浙江大学朱宝库教授《ACS Nano》:新型PA纳米膜用于亚纳米尺寸离子的高精度、高效率分离
高分子科学前沿 / 时间:2021-04-12 13:27:47

新材料在线4月6日讯:据悉,能用于分离亚纳米尺寸的低/高价离子的膜需要具有极高的分离精度及选择性。目前,常通过在压力驱动的膜中构建设计良好的离子选择性纳米通道来满足这一需求。界面聚合(IP)方法作为一种最成熟、最节能的无缺陷聚酰胺(PA)膜制备技术常被用于构建离子选择性纳米通道。然而,传统的纳米材料由于多分散性、尺寸为几十纳米、与PA基体的界面相容性差以及缺乏足够的可电离基团,故很难构建具有高渗透性和高分离精度的离子选择性纳米通道。

为解决这一难题,浙江大学朱宝库教授与丹麦工程技术大学Claus Hélix-Nielsen教授通过界面聚合将离子型聚酰胺胺(PAMAM)树状大分子引入PA膜中制备了新型PA膜材料。实现了对亚纳米尺寸离子的高精度、高效率和高稳定性分离。在此,编辑还分析了离子筛选/传输机制。该工作以题为“Ionic Dendrimer Based Polyamide Membranes for Ion Separation” 发表在《ACS Nano》上。

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图1 (a)离子型PAMAM树状大分子的合成示意图。(b)低价/高价离子通过PA膜的筛选/传输机制示意图(未掺入PAMAM树状大分子的PA膜和分别掺入PAMAM G5-NH2、PAMAM G5-TAC和PAMAM G5-PS的PA膜,依次表示为PIP-only、G5NH2/PIP、G5-TAC/PIP和G5-PS/PIP)。

文章亮点:

1、该膜包含内部(分子内空隙)和外部(离子型PAMAM树状大分子和PA基质之间的界面空隙)纳米通道,可用于水分子的快速传输。

2、离子型PAMAM树状大分子的亚-10纳米尺寸及其在PA纳米膜中的梯度分布是成功形成无缺陷的PA纳米膜的关键因素。

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图2 PA膜的横截面透射电镜表征图

3、离子型PAMAM树状大分子将可电离基团附着在纳米通道的外部,增强了离子筛选/传输过程中的Donnan效应,降低了离子分离性能对孔径变化的敏感性。

4、与当前最先进的膜相比,所得离子型PAMAM树状大分子PA膜具有较高的单盐选择性、高效性、长期稳定性和化学清洗耐受性,可应用于各种实际应用领域,如水净化、医疗保健、能量转换和化学工业。

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图3 PA纳米膜的正反面形貌的场发射扫描电子显微镜表征图和PA膜结构的示意图。


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