西安建大王磊教授團隊在離子篩分研究領域再創佳績前沿科技

鉆瓜導讀:近期,西安建大環境與市政工程學院、陜西省膜分離技術研究院王磊教授指導的博士生朱甲妮及博士后 王琎等多位研究生參加的離子分離技術的研究再次取得重要進展。研究論文《精確控制Al13-Ti3C2Tx薄膜內受限通道尺寸實現可調性離子篩分》(“Precisely Tunable Ion Sieving with an Al13-Ti3C2Tx Lamellar Membrane by Controlling Interlayer Spacing”)于2020年11月13日在線發表于《美國化學學會·納米》(ACS Nano,IF=14.59)上。《ACS Nano》是美國化學協會(ACS)出版社

近期,西安建大環境與市政工程學院、陜西省膜分離技術研究院王磊教授指導的博士生朱甲妮及博士后王琎等多位研究生參加的離子分離技術的研究再次取得重要進展。研究論文《精確控制Al13-Ti3C2Tx薄膜內受限通道尺寸實現可調性離子篩分》(“Precisely Tunable Ion Sieving with an Al13-Ti3C2Tx Lamellar Membrane by Controlling Interlayer Spacing”)于2020年11月13日在線發表于《美國化學學會·納米》(ACS Nano,IF=14.59)上。《ACS Nano》是美國化學協會(ACS)出版社旗下納米材料科學領域的頂級期刊,該期刊是當前國際化學、材料科學領域最具影響力的綜合性刊物之一。

膜分離的精密離子篩分技術在環境與資源等領域的多個細分研究上均具有重要意義,特別是對于具有復雜離子體系的鹽湖鹵水中鋰、鉀等離子資源的提取與純化,離子的精確、快速分離效率非常關鍵,是目前膜分離技術方向的前沿課題,其中二維分離薄膜內的大量受限毛細通道對薄膜分離性能的作用至關重要。

但是由于水溶液中的離子插層會導致二維薄膜產生溶脹現象,致使受限通道難以穩定維持適于離子篩分的艾米級尺寸,進而導致離子篩分性能降低。該研究成果是在2020年7月發表于《Nature Communications》(IF=12.12)成果的基礎上,選取二維納米Ti3C2Tx材料作為分離薄膜的構筑單元,通過在相鄰納米片之間引入Keggin羥基鋁柱離子,成功地實現了通道的尺寸在11.5—20.0埃米范圍內精確調控。研究發現具有不同層間距的二維膜在離子篩分過程中表現出了不同分離效應,并得到了二維Ti3C2Tx薄膜具有良好的一價/多價離子篩分性能的層間距離特征值。

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Al13-Ti3C2Tx層狀膜制備過程示意圖

作者針對性地選擇了具有不同通道尺寸的薄膜分別嘗試了在海水淡化以及冶金工業廢水酸回收方向的應用研究,發現本研究構筑的Ti3C2Tx薄膜表現出了優于商用高分子傳統薄膜的分離性能。本研究對實現工業廢水凈化、工業廢液中提取貴稀金屬資源具有重要的支持作用。

本研究工作得到了國家自然科學基金,陜西省、西安市各項科技計劃以及學校人才基金的資助;“四主體一聯合”平臺陜西省膜分離技術研究院、陜西省膜分離技術重點實驗室、陜西省環境工程重點實驗室也為研究開展給予了重要支持。

(來源:西安建筑科技大學)

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