薄膜復合聚酰胺納濾膜由于能夠選擇性的去除二價或多價鹽離子和有毒有害的有機微污染物,因而在地表水脫鹽、水質軟化、環境治理以及鹽湖提鋰等方面具有重要的應用,是保障飲用水安全、水生態生物安全以及國家能源戰略資源安全的核心材料。聚酰胺納濾膜的分離機制主要基于孔徑篩分(size sieving)和道南電荷排斥(Donnan exclusion)二者的協同耦合作用。但是,無論是小分子分離還是離子分離,聚酰胺納濾膜孔對于分離過程均具有重要的影響,甚至起到了主導性的作用,精準調控聚酰胺膜的孔徑是實現高精度離子和分子分離的關鍵。然而,單純通過控制成膜反應過程,實現膜孔徑在埃級尺度上的精準調控是比較困難。而且膜的孔徑一般認為在成膜后是固定不變的,難以實現尺寸差異較小的多組分混合溶質體系的全分離。
為了實現不同尺寸溶質的高選擇性分離,精準調控膜的孔徑,中科院蘇州納米所朱玉長副研究員和美國范德堡大學林士弘教授、蘇州大學靳健教授合作,報道了一種基于電驅動滲透機制實現聚酰胺納濾膜孔徑在線精準的新策略。作者設計了一種聚酰胺/碳納米管復合分離膜(CNTs-PA),內嵌結構的碳納米管賦予了聚酰胺膜優異的導電性。利用CNTs-PA膜作為工作電極,電解質溶液中陽離子在電場的驅動下被吸附到CNTs-PA膜表面進而在膜孔內部聚集濃縮。膜孔內外的離子濃度差導致膜發生溶脹,進而增大膜孔。通過調節電壓以及電解質溶液的濃度,即可實現膜孔在線精準調控,調控精度可以達到亞埃級。相關工作近期發表在《Nature Communications》上。
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