Detaily článku

USTC konstruuje kovalentní organické rámcové membrány se sub-2-nanometrovými kanály

Separace iontů pomocí membránové separační technologie má velký význam v oblastech, jako je přeměna a skladování energie, detekce životního prostředí a opětovné využití zdrojů. Membrány se sub-2-nanometrovými kanály mají vysokou rychlost transportu iontů, ale kvůli nedostatku míst s vodíkovou vazbou nedokážou účinně prosévat různé ionty.

Membrány s kovalentním organickým rámcem (COF) s vysoce uspořádanými jednorozměrnými nanokanály, rovnoměrnou velikostí pórů a velkým množstvím míst s vodíkovou vazbou mají široké možnosti využití při separaci iontů.

Datum: 1.10.2021

membránová separace částic

Ve studii publikované v časopise Advanced Materials zkonstruoval výzkumný tým pod vedením profesora XU Tongwena z Čínské univerzity vědy a techniky (USTC) Čínské akademie věd novou membránu COF s kanály o průměru pod 2 nanometry a velkým množstvím míst s vodíkovou vazbou. Membrána COF vykazuje vysokou míru permeace monovalentních kationtů a nízkou míru permeace multivalentních kationtů.

Výzkumníci syntetizovali 20nm membránu (TpBDMe2) pomocí strategie mezifázového růstu. Na základě infračervené charakterizace TpBDMe2 v atmosféře N2 a vzduchu zjistili, že místa vodíkové vazby v kanálu mohou vytvářet interakce vodíkové vazby s molekulami vody.

Difuzní test s koncentračním gradientem ukázal, že TpBDMe2 má mnohem vyšší rychlost permeace pro monovalentní ionty než pro vícevalentní ionty. Iontová selektivita TpBDMe2 je výrazně vyšší než u popsaných sub-2nm kanálových membrán.

Kromě toho vědci zkoumali mechanismus separace iontů membránou COF. Prostřednictvím výpočtů teorie funkční hustoty (DFT) zjistili, že hydratované ionty interagují vodíkovými vazbami skrz kanál a vícevalentní ionty mají silnější vodíkové vazby, což vede k pomalejší rychlosti transportu než u monovalentních iontů.

Tato studie poskytuje teoretický základ pro mechanismus transportu iontů v sub-2-nanometrových kanálech a také pro návrh a manipulaci s membránami pro separaci iontů. Na základě této studie výzkumníci vyvinuli technologii přípravy s patentovanými právy duševního vlastnictví a připravili membránu v pilotních testech.

Pro kompletní informace si přečtěte celý článek.