Einstufige Konstruktion der positiv/negativ geladenen ultradünnen Janus-Nanofiltrationsmembran zur Trennung von Li+ und Mg2+

Um den Kompromiss zwischen der Trennung und der Permeation der Nanofiltrationsmembran zur Trennung von Mg2+/Li+ zu koordinieren, regulierten wir die Poly(ethylenimin)/Piperazin-Schnittstellen-Polymerisationsparameter, um eine positiv/negativ geladene ultradünne Janus-Nanofiltrationsmembran an einer freien wässrigen-organischen Schnittstelle zu konstruieren. Bei den optimierten Schnittstellen-Polymerisationsparametern reagierten 0,03 Gew.-% Piperazin mit Trimethylbenzylchlorid vor Poly(ethylenimin) und bildeten eine primäre Polyamid-Schicht mit weniger Defekten oder schränkten große Defekte der Polyamid-Schicht ein. Die kontrollierte nachfolgende Reaktion von Poly(ethylenimin) und Trimethylbenzylchlorid führt zu einer Janus-Nanofiltrationsmembran, bei der eine Seite mit Carboxylgruppen angereichert ist, die andere Seite mit Amingruppen, und eine dichte Polyamidstruktur in der Mitte. Unter optimalen Bedingungen betrug das positive Potential der Rückseite der vorbereiteten Membran 14,57 mV, und der Wasser-Kontaktwinkel erreichte 71,31°, während das negative Potential der Vorderseite -25,48 mV betrug und der Wasser-Kontaktwinkel 12,93° war, was eine Janus-Membran mit entgegengesetzten Ladungen und großen Hydrophilitätsunterschieden an Vorder- und Rückseite bestätigt. Bei einem hohen Vernetzungsgrad ist eine 40 nm dicke Polyamid-Schicht 29,09% dünner als die traditionelle Polyamid-Membran. Die ultradünne Janus-Nanofiltrationsmembran zeigte einen ausgezeichneten Trennfaktor (S Li,Mg von 18,26), Stabilität und Wasserpermeabilitätsfluss (10,6 L·m–2·h–1·bar–1). Die Rückhaltesätze für MgCl2, CaCl2, MgSO4 und Na2SO4 liegen über 90% bei einer nahezu konstanten Permeabilität von 10,6 L·m–2·h–1·bar–1, insbesondere stabile Rückhaltungen gegenüber MgCl2 und Na2SO4.