共溶剂调控聚酰胺纳米结构实现盐湖卤水中Mg2+ /Li+ 的高效精准分离

　　针对传统纳滤膜（NF）在Mg2+ /Li+ 分离中选择性与通量不足的问题，研究人员通过引入共溶剂DMF调控界面聚合（IP）过程，构建了具有均匀孔结构的聚酰胺（PA）膜。该膜纯水通量达13.10 L/m2 hbar，MgCl2 截留率95.09%，Li+ /Mg2+ 选择性21.05，为盐湖提锂提供了高效节能的新策略。

　　

随着全球能源结构转型和电动汽车产业爆发式增长，锂资源战略地位日益凸显。盐湖卤水中蕴藏丰富锂资源，但高浓度Mg²⁺
的存在（水合半径4.3 ?）使其与Li⁺
（3.8 ?）的分离成为行业难题。传统纳滤膜（NF）虽可通过Donnan效应和尺寸排阻实现离子筛分，但聚乙烯亚胺（PEI）与均苯三甲酰氯（TMC）界面聚合（IP）形成的聚酰胺（PA）层往往结构致密，导致水通量仅约4 L/m²
hbar，且Mg²⁺
/Li⁺
选择性不足。青海省自然科学基金等项目支持的研究团队在《Desalination》发表论文，创新性采用水相共溶剂DMF调控IP过程，成功制备出兼具高选择性与高通量的CAIP(4)膜。

研究通过分子动力学（MD）模拟和实验表征相结合，主要运用了界面聚合工艺优化、膜结构表征（SEM/AFM）、渗透性能测试及Hansen溶解度参数分析等技术方法。其中关键样本为含不同DMF浓度（0-6 wt%）的PEI水溶液与TMC/正己烷有机相反应体系。

【材料与方法】
采用商业聚砜（PSf）超滤膜为基底，通过调控DMF浓度（0-6 wt%）改变PEI扩散动力学。通过测定纯水通量和盐截留率评估性能，结合XPS和Zeta电位分析膜表面化学性质。

【共溶剂对PEI扩散行为的影响】
HSP分析表明DMF降低水相表面张力（δ_sp
从47.80降至43.10 MPa^1/2
），加速PEI向有机相扩散。MD模拟显示DMF使PEI扩散系数提升3倍，形成更多未反应胺基（-NH₃
⁺
），增强膜表面正电性。

【膜性能表征】
最优CAIP(4)膜（4 wt% DMF）呈现典型"峰谷"结构，平均孔径0.73 nm。纯水通量达13.10±1.01 L/m²
hbar，为传统膜3倍；对MgCl₂
截留率95.09±1.65%，Li⁺
渗透速率为Mg²⁺
的21.05倍。

【结论与意义】
该研究阐明了共溶剂通过双重作用（促进单体扩散/调控界面性质）精确构筑PA层结构的机制，首次实现NF膜对Mg²⁺
/Li⁺
的高效筛分。所创制的CAIP膜在保持高选择性同时突破通量瓶颈，为盐湖提锂提供了可规模化应用的膜技术方案。研究提出的"共溶剂诱导扩散调控"策略，为功能分离膜的设计提供了普适性方法学指导。