一/二价离子分离膜材料研究进展

黄清波，刘公平，金万勤

（南京工业大学化工学院，材料化学工程国家重点实验室，江苏南京211816）

引 言

物质的分离与纯化在人类生活和工业发展中发挥重要作用，一/二价离子的选择性分离是能源存储和转换、污染监测和控制、清洁工业过程等领域的共性需求，近年来受到越来越多的关注[1-3]。常见的一/二价离子分离过程包括盐湖提锂[4-6]、湿法冶金的废酸回收[7-8]、盐水精制[9-10]、硬水软化[11-12]等。化学沉淀法等常规方法用于一/二价离子分离，投资与运行成本偏高，新型分离方法如溶剂交换法[13]、离子筛吸附法[14]、电化学法[15]及膜分离[16]等正不断研发并逐步实现应用。

在诸多分离方法中，膜分离技术作为一种高效节能且环境友好的方法，受到人们的广泛关注[16]。通过膜结构的设计和调控，在微观尺度上可实现一/二价离子的精准分离[17]。高性能的一/二价离子分离膜应具备以下条件：(1)通量高，单位时间处理量大；(2)对二价离子截留率高而对一价离子截留率低；(3)长期稳定性好且具备一定的抗氧化、抗污染能力。现有的商业化离子分离膜以聚合物材料为主(如NF270、AEM-80045)，其相对致密的膜结构对于离子具有一定的筛分作用，但分离性能普遍存在通量和选择性相互制约的trade-off 效应[18]。为打破这一效应，新型高分子膜、混合基质膜、二维材料膜、金属有机骨架(MOF)膜等具有新型结构的一/二价离子分离膜成为近年来的研究热点。

膜对离子的选择性透过主要是由离子与膜的亲和力及离子在膜内的迁移速率决定的，简单来说，就是依靠离子的溶解速率和扩散速率[19]。……