近期，在我院院長(zhǎng)、膜分離重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任王磊教授的指導(dǎo)下，青年教師、博士后王琎與博士生朱甲妮及多位碩士生共同參與的離子分離技術(shù)的研究，再次取得重要進(jìn)展。研究論文《精確控制Al13-Ti3C2Tx薄膜內(nèi)受限通道尺寸實(shí)現(xiàn)可調(diào)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(fā)表于《ACS Nano》（IF=14.59）上?！禔CS Nano》是美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)(ACS)出版社旗下納米材料科學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊，該期刊是當(dāng)前國(guó)際化學(xué)、材料科學(xué)領(lǐng)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(shù)在環(huán)境與資源等領(lǐng)域的多個(gè)細(xì)分研究上均具有重要意義，特別是對(duì)于具有復(fù)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(guān)鍵，是目前膜分離技術(shù)方向的前沿課題，其中二維分離薄膜內(nèi)的大量受限毛細(xì)通道對(duì)薄膜分離性能的作用至關(guān)重要。

但是由于水溶液中的離子插層會(huì)導(dǎo)致二維薄膜產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，致使受限通道難以穩(wěn)定維持適于離子篩分的艾米級(jí)尺寸，進(jìn)而導(dǎo)致離子篩分性能降低。該研究成果是在2020年7月發(fā)表于《Nature Communications》（IF=12.12）成果的基礎(chǔ)上，選取二維納米Ti3C2Tx材料作為分離薄膜的構(gòu)筑單元，通過在相鄰納米片之間引入Keggin羥基鋁柱離子，成功的實(shí)現(xiàn)了通道的尺寸在11.5-20.0埃米范圍內(nèi)精確調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)具有不同層間距的二維膜在離子篩分過程中表現(xiàn)出了不同分離效應(yīng)，并得到了二維Ti3C2Tx薄膜具有良好的一價(jià)/多價(jià)離子篩分性能的層間距離特征值。

圖 Al13-Ti3C2Tx層狀膜制備過程示意圖

作者針對(duì)性的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(yè)廢水酸回收方向的應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)本研究構(gòu)筑的Ti3C2Tx薄膜表現(xiàn)出了優(yōu)于商用高分子傳統(tǒng)薄膜的分離性能。本研究對(duì)實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢水凈化、工業(yè)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(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省，西安市各項(xiàng)科技計(jì)劃以及校人才基金的資助；“四主體一聯(lián)合”校企合作共建新型研發(fā)平臺(tái)——陜西省膜分離技術(shù)研究院、陜西省膜分離重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、陜西省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室也為研究開展給予了重要支持。