基于Tr?ger碱膜结构调控实现高效单价/二价离子分离

《Journal of Membrane Science》：Tailoring Tr?ger's base membrane structures for high-efficiency mono-/divalent ion separation

本文系统研究了通过调控三胺单体（TPB/TPA）空间构型构建Tr?ger碱（TB）交联膜的策略。研究发现TPA单体形成的TPA100膜具有更致密孔道（<0.84 nm），实现了Li+/Mg2+选择性157（较TPA0提升4.8倍）和OH?/WO42?选择性260的双重突破，为同步阴阳离子分离膜设计提供了新范式。

　　

膜表征

TPB单体已被证明具有优异的成膜能力[27,32]。然而，需要通过后季铵化来减小孔径以获得高离子选择性[27,32]。如图1a所示，选择TPA作为芳香胺单体，因其与TPB结构相似，具有相同的三官能团位点，但其中心氮原子比TPB的中心苯环更小。这种结构差异赋予TPA更紧凑的C₃对称分子结构，从而在聚合时形成更小的孔径。通过调节TPA的掺杂比例（0、50、100 mol%），成功制备了三种具有逐渐减小孔径的TB膜（TPA0、TPA50、TPA100）。TPA100膜由于其最致密的分子堆积，有效消除了大于0.84 nm的孔隙，展现出最优异的离子筛分性能。

结论

通过原位交联三官能团胺单体（使用纯单体TPA或TPB或其混合物）制备了高单价离子选择性的Tr?ger碱聚合物膜。尽管所有膜都具有埃级孔径，但更小的TPA分子实现了聚合物链的更致密堆积，有效消除了大于0.84 nm的孔隙。因此，与TPA0和TPA50相比，TPA100膜实现了157的Li⁺/Mg²⁺选择性提升。TPA100膜对单价/二价阳离子分离的普适性及其近电中性的通道也赋予了其出色的阴离子筛分能力，实现了OH^?/WO₄^2?高达260的选择性。这项工作不仅阐明了TB膜的结构-性能关系，还为能够同步分离阴阳离子的先进膜建立了一个多功能范式。