热毛细效应调控的褶皱聚乙烯亚胺纳滤膜实现高效镁锂分离

本文创新性地利用温度梯度辅助界面聚合法制备具有独特脊状结构的聚乙烯亚胺（PEI）基纳滤膜（NF），通过热毛细效应精准调控膜表面形貌，实现渗透性与选择性的双重突破。该膜在Mg2+/Li+分离中展现17.6 L·m?2·h?1·bar?1的高通量、97.6%的Mg2+截留率及32.2的分离因子（SLi+/Mg2+），为盐湖提锂提供了高效环保的解决方案。

　　

Highlight

本研究通过温度梯度诱导的热毛细效应（thermocapillary effect）调控界面聚合过程，成功制备具有微尺度中空脊状结构的聚乙烯亚胺（PEI）纳滤膜。这种独特结构使膜有效过滤面积增加，渗透性提升至传统PEI膜的3倍（17.6 L·m^?2·h^?1·bar^?1），同时Mg²⁺截留率达97.6%，Mg²⁺/Li⁺选择性（S_Li⁺_/Mg²⁺）高达32.2，突破了渗透-选择性权衡效应（trade-off effect）。

Materials

实验采用平均分子量（M_w）600-70000 Da的聚乙烯亚胺（PEI）与1,3,5-苯三甲酰氯（TMC）在聚醚砜（PES）基膜上界面聚合。通过十二烷基硫酸钠（SDS）调节水相残留量，结合分子动力学（MD）模拟揭示微相域形成机制。

Preparation and characterization of membranes

如图1所示，选用表面孔隙率23.1%的PES基膜（0.22 μm孔径）缩短水扩散路径。温度梯度引发热毛细对流，促使有机相（n-己烷）置换水相形成离散微区，最终构建脊状聚酰胺（PA）层。XPS和AFM证实升高温度可缩小平均孔径并窄化分布。

Conclusions

该工作通过热毛细效应驱动的微相分离策略，开发出兼具高渗透性和Mg²⁺/Li⁺选择性的褶皱NF膜。原位观测与模拟表明，脊状结构源于n-己烷-水体系的润湿性差异，为工业化盐湖提锂提供了新思路。