基于高能重离子核径迹的超高通量离子分离膜
时间 : 2018-09-10     

基于纳米孔道的分离膜在海水淡化和污水处理等方面具有节能和高效的大的潜力,但它的实际应用一直受输运和选择性矛盾的制约。 

北京大学核物理与核技术国家重点实验室用户利用兰州重离子加速器(HIRFL照高分子膜成功制备出高密度孔径均匀的接近亚纳米尺度的核孔膜,实现了超高通量和高选择性离子输运的完美平衡,并结合分子动力学模拟揭示了其纳流体输运机制。 

通过优选高分子膜并利用新的制备工艺,北大用户所获得的新型纳米尺度核孔膜,在保持碱金属离子与重金属离子高选择性的同时,将离子的输运率提高了3个数量级 (图1.a)。 这种纳米核孔膜的优异分离性能突破了传统的分离膜和氧化石墨烯等新型分离膜的局限 (图1.b)。与此同时,他们还建立了高分子纳米孔模型并通过分子动力学模拟揭示,一方面由于孔的半径在0.5纳米左右极大减少了脱水势垒的阻碍从而极大提高了输运量,同时由于部分脱水的离子和表面吸附的电荷之间的相互作用而保持了高选择性 (图2)。 

这项研究揭示了纳米孔道的离子输运新机制,并且为突破高选择性和高输运率的矛盾提供了新的思路。通过该方法所制备的高分子膜在过滤重金属元素的水净化,制备新型电池等方面也有重要应用价值。 

研究成果发表Nature Communications 9:569 (2018). 

文章链接: https://www.nature.com/articles/s41467-018-02941-6

 

1 a:在新型纳米尺度核孔膜中,离子输运率提高了3个数量级; 

b:新型纳米核孔膜的优异分离性能突破了传统的分离膜和氧化石墨烯等新型分离膜的局限 

2 利用分子动力学模拟高分子纳米孔模型中离子迁移机制 

 

<兰州重离子>