通过二维蒙脱石纳米片层调控界面聚合过程，利用聚酰胺膜显著提升从盐湖卤水中分离Mg2+/Li+的性能

《Separation and Purification Technology》：2D montmorillonite nanosheet layer modulated interfacial polymerization for enhanced Mg2+/Li+ separation performance from salt-lake brines by polyamide membrane

Xin Zhang等人提出在界面聚合过程中引入二维蒙脱土片层，通过调控胺单体扩散速率和膜表面化学特性，成功制备出更薄且高选择性的聚酰胺纳滤膜，显著提升锂提取效率并延长膜使用寿命。

　　这项研究探讨了如何通过引入二维蒙脱土（2D MMT）层来优化选择性纳滤（NF）膜的性能，特别是在从盐湖卤水中高效提取锂方面。研究团队发现，传统的IP反应在制备聚酰胺（PA）选择层时，由于胺单体扩散速度较快以及基质孔结构不均匀，导致形成的PA层较厚且结构不均匀，从而影响了膜的渗透性和选择性之间的平衡。为了解决这一问题，研究者尝试通过在基质表面预沉积2D MMT纳米片来调控IP反应过程，从而获得更均匀和完整的PA层。

蒙脱土是一种广泛存在且成本较低的粘土矿物，具有二维层状晶体结构。通过简单的剥离方法，可以得到非常薄的2D MMT纳米片。除了其二维结构，2D MMT纳米片还具有良好的热稳定性和化学稳定性，这使其成为新型选择性膜制备的新兴候选材料。值得注意的是，蒙脱土纳米片的天然亲水性和丰富的表面羟基，使其在调控IP反应过程中表现出独特的表面化学特性，能够有效影响水相单体的行为，从而改善聚酰胺层的形成过程。

在本研究中，研究人员在尼龙基质表面涂覆了一层2D MMT纳米片，以促进PA膜的界面聚合形成。通过XRD分析，研究者确认了所使用的MMT具有高相纯度。在液相剥离后，观察到的典型丁达尔效应表明，剥离得到的2D MMT纳米片具有良好的分散性，确保了其在后续涂覆过程中的均匀分布。此外，AFM表征结果显示，2D MMT纳米片的平均厚度约为1.5纳米，横向尺寸则在一定范围内，这为研究其在界面反应中的作用提供了基础。

研究团队通过吸附-脱附实验研究了2D MMT涂层对聚乙烯亚胺（PEI）单体存储和扩散的影响。实验结果表明，2D MMT层对PEI具有较强的吸附能力，这有助于减缓其扩散速度，从而降低IP反应速率。由于这种氢键作用，PEI在基质表面的扩散被有效抑制，最终形成了更薄、更均匀的PA选择层。这种改进的结构不仅降低了水分子在膜中的传输阻力，还提高了膜的渗透性能。

此外，研究者通过橙黄II染料的吸附-脱附实验，在酸性和碱性条件下研究了2D MMT涂层对膜表面胺基密度的影响。实验结果显示，2D MMT涂层显著增强了膜表面的正电荷密度，这有助于提高膜对Mg2?和Li?离子的选择性分离能力。在优化后的膜中，Mg2?/Li?选择性达到了35.45，是未修饰PA膜的约6倍。这一显著提升表明，2D MMT涂层在改善膜选择性方面具有重要作用。

研究团队还通过X射线光电子能谱（XPS）对膜的化学组成和交联度进行了定量分析。XPS结果表明，引入MMT层后，PA层的化学组成和交联度发生了明显变化，这进一步验证了2D MMT在调控IP反应过程中的作用。同时，研究者使用了电阻串联模型来分析膜的水力传输性能，发现由于MMT层的引入，形成的PA层更薄，从而有效降低了水分子在膜中的传输阻力。

最后，优化后的PA膜经过一系列NF性能测试，以评估其在不同环境下的适应性。测试结果表明，该膜在实际应用中表现出良好的稳定性，能够有效延缓污染的发生，从而延长膜的使用寿命。此外，该膜在从盐湖卤水中提取锂的过程中展现出更高的选择性和渗透性，使其成为一种适合可持续锂资源回收的高效膜材料。

这项研究不仅为提高NF膜的性能提供了一种新的策略，还为实际应用中的锂资源回收提供了技术支持。通过引入成本较低的2D粘土纳米片，研究者成功调控了IP反应过程，从而获得了更均匀和完整的PA层。这种改进的膜结构不仅提高了膜的选择性，还增强了其在复杂环境下的稳定性，使其在实际应用中具有更高的可行性。

研究团队在实验过程中采用了多种表征手段，包括XRD、AFM、XPS等，以全面评估2D MMT涂层对膜性能的影响。这些表征手段不仅帮助研究者确认了MMT的物理和化学特性，还为理解其在界面反应中的作用机制提供了重要依据。通过这些实验，研究者能够系统地分析膜的结构变化及其对性能的影响，从而为优化膜设计提供了科学依据。

此外，研究团队还探讨了2D MMT涂层在实际应用中的可行性。他们发现，这种涂层不仅能够有效改善膜的结构和性能，还能够降低膜的制造成本，使其在大规模应用中更具优势。同时，由于2D MMT纳米片具有良好的热稳定性和化学稳定性，其在长期使用过程中表现出较高的耐久性，这进一步验证了其在实际应用中的可行性。

综上所述，这项研究通过引入2D MMT纳米片，成功调控了IP反应过程，从而获得了更均匀和完整的PA层。这种改进的膜结构不仅提高了膜的选择性，还增强了其在复杂环境下的稳定性，使其在实际应用中具有更高的可行性。研究结果表明，2D MMT涂层是一种有效的膜修饰材料，能够显著提升NF膜的性能，为可持续锂资源回收提供了一种新的解决方案。