自组装树枝状大分子聚酰胺纳米膜：更大的渗透选择性将应用于工业废水零排放和盐湖提锂

离子分离在工业废水零排放和盐湖提锂领域意义重大，但目前这些过程的实现需要高能耗和复杂的过程。由于没有相变及良好的过程耦合能力，基于膜的离子筛分技术可解决这些棘手的问题。

然而，由于快速和随机交联反应，由均苯三甲酰氯（TMC）和哌嗪（PIP）通过扩散聚合制备的传统聚酰胺（PA）化学通常倾向于形成具有多尺度不均匀性的纳米孔，表现出较低离子的分离能力和渗透性。

采用精确的筛分孔结构的分离膜可以实现高离子纯度和离子回收率。然而，如何微调分离膜的内部孔结构以使其均匀并提高有效孔面积仍然具有挑战性。

最近，河南师范大学远冰冰与深圳大学高等研究院牛青山等学者发现 自组装树枝状大分子水相哌嗪溶液可促进具有增强有效筛分孔面积的聚酰胺纳米复合膜的形成，从而具有更高的Cl ^– /SO ₄ ^2– 分离选择性与Li ⁺ /Mg ²⁺ 渗透选择性，这项基础研究工作为均匀孔结构纳米膜设计提供了新思路。

该工作以“Self-assembled dendrimer polyamide nanofilms with enhanced effective pore area for ion separation”为题目发表在《Nature Communications》上（Nat. Commun. 15, 471 (2024)）。该研究课题得到了国家自然科学基金等项目的支持。同时，也感谢天津工业大学分离膜与膜过程国家重点实验室胡云霞教授在分子模拟方面的支持。

图  自组装树枝状大分子（SAD）水相PIP溶液的制备和表征

作者最后通过分子模拟研究了设计的聚酰胺纳米膜内部的孔径结构。自组装树枝状大分子聚酰胺纳米膜表现出更窄的孔径范围和更均匀的孔隙结构，具有增加的离子筛分范围，更有利于进行有效的离子分离。

图  分子模拟

总之，在PIP溶液中形成了具有不同形貌的正电荷自组装树枝状大分子（SAD），并将其用作水相胺反应体系，作者成功地制备了具有中空纳米片结构的SAD不对称聚酰胺纳米膜。实验和模拟结果表明， SAD聚酰胺纳米膜提供了增强的有效分离孔径范围和均匀的孔结构。

因此， 设计的纳米复合膜允许Li ⁺ 对Mg ²⁺ 具有更大的渗透选择性，并且使Li ⁺ 对水的渗透更快，实现了高的Li纯度和回收率。

这项工作促进了自组装水相溶液在界面聚合方面的应用，以开发下一代高效的离子、分子和脱盐纳米膜。