基于季铵化聚酞嗪酮醚砜的高性能阴离子交换膜在电渗析脱盐中的应用研究

针对传统阴离子交换膜(AEMs)脱盐率与离子选择性难以兼顾的难题，研究人员通过季铵化聚酞嗪酮醚砜(QAPPES)的分子结构设计，开发出具有高刚性分子链和高效离子传输通道的新型AEMs。QAPPES-60膜展现出1.73 Ω·cm2的低表面电阻、0.92的高迁移数和98.01%的脱盐率，在50℃仍保持优异性能，为高温电渗析(ED)应用提供了突破性解决方案。

　　

随着全球水资源短缺问题加剧，海水淡化和污水处理技术成为研究热点。电渗析(ED)作为一种高效节能的膜分离技术，其核心组件阴离子交换膜(AEMs)的性能直接决定系统效率。然而，传统AEMs面临脱盐率与离子选择性难以平衡、高温稳定性不足等瓶颈问题。针对这一挑战，大连理工大学的研究团队创新性地利用具有扭曲结构的酞嗪酮单体，开发出基于季铵化聚酞嗪酮醚砜(QAPPES)的新型AEMs，相关成果发表在《Desalination》期刊。

研究采用氯甲基化反应制备不同取代度的CMPPES前驱体，通过三甲胺季铵化获得IEC为0.99-1.64 mmol·g^?1的QAPPES膜。采用FT-IR、¹H NMR验证化学结构，通过电化学阻抗谱测定膜电阻，并构建ED系统测试20℃和50℃下的脱盐性能。

【结构表征】证实酞嗪酮扭曲结构增强分子链刚性，促进离子传输通道形成；【电化学性能】显示QAPPES-60膜具有最优异的1.73 Ω·cm²表面电阻和27.4 mA·cm^?2极限电流密度；【ED性能】在20℃时脱盐率达98.01%，50℃仍保持96.99%，显著优于商业AMX膜；【机械性能】所有膜拉伸强度＞35.4 MPa，断裂伸长率＞3.5%。

该研究通过分子结构设计实现了AEMs性能的多维度突破：酞嗪酮骨架赋予膜材料优异的热稳定性（50℃性能衰减＜2%），扭曲结构形成的自由体积提升离子电导率，而季铵基团与杂环的相互作用增强选择性。QAPPES-60膜7.91 kWh·kg^?1的低能耗和54.02%的电流效率，为高盐废水处理和海水淡化提供了新选择。Fanchen Sun等的工作不仅推动ED技术向高温领域拓展，更为功能化膜材料设计提供了"结构-性能"调控的新范式。