构建SPES/PES不对称梯度膜实现L-瓜氨酸高选择性电渗析脱盐

本研究成果创新性地通过热致相分离（TIPS）技术构建具有交联浓度梯度的非对称复合膜，成功解决了高磺化度离子交换膜（IEMs）在电渗析（ED）过程中离子传导性与尺寸稳定性难以兼顾的难题。该膜通过独特的孔-层状复合结构，在低于商业膜离子交换容量（IEC）的条件下，同步实现L-瓜氨酸（L-Cit）与无机盐的高效分离（脱盐率99%）、82%的电流效率及7.1 kJ/g的低能耗，为氨基酸绿色分离提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

材料与化学品

聚醚砜（PES）粉末和N-甲基吡咯烷酮（NMP）购自天津所罗门生物技术有限公司。L-瓜氨酸（L-Cit）、硫酸钠（Na₂SO₄）、氢氧化钠（NaOH）购自上海麦克林生化科技有限公司。氯化钠（NaCl）粉末由天津江天化学技术有限公司提供。盐酸（HCl）购自国药集团化学试剂有限公司。硫酸（H₂SO₄）购自天津丰川化学试剂技术有限公司。

材料与膜表征

磺化前，PES具有高韧性和完整结构。磺化后，SPES呈现具有蚀刻现象的分散颗粒，表明浓硫酸将大量-HSO₃^?基团接枝到PES的苯环上，导致分子键能降低、形成团聚颗粒并减少韧性。图2(a1-a4)和(b1-b4)显示，与PES相比，SPES的碳元素含量降低，氧元素含量升高。

结论

总而言之，利用聚醚砜（PES）基底卓越的亲水性、生物相容性和机械鲁棒性，通过优化涂层方法将54%磺化度的SPES粉末掺入PES，制备出具有独特层状结构的新型非对称浓度梯度阳离子交换膜（CEM）。所得ACGM-S10-S20膜表现出低溶胀率（SR, 10.29%）、高离子交换容量（IEC, 0.8587 mmol/g）和尺寸稳定性（DS, 21.41%）。此外，该膜通过阻碍L-瓜氨酸的跨膜扩散有效缓解了浓度极化现象，在电渗析脱盐过程中展现出优于高IEC商业ASTOM CEM的性能。