近日，国家特种分离膜工程技术研究中心孙世鹏教授团队在离子分离膜领域取得重要进展，精密构筑了离子化亚纳米通道微孔膜，实现了一、二价阴离子的高效分离。相关研究成果以“Microporous membrane with ionized sub-nanochannels enabling highly selective monovalent and divalent anion separation”为题发表在期刊Nature Communications（《自然·通讯》）上。刘美玲副教授和硕士生陈瑜为共同第一作者。

随着双碳战略加速推进，有效回收含碳物质并将其转化为碳酸盐等有价值的产品，能够大大减少碳排放和污染，促进循环利用。其中，CO₃^2-和Cl^-的分离在碳酸盐型稀贵金属提取、循环利用等多种应用中尤为重要，但由于二者物性相近而较难分离。高能效又具有选择性传输通道的多孔膜有望实现这种相似离子的分离。本征微孔聚合物（PIMs）具有埃级孔径、高孔隙率和大比表面积等特点，是选择性离子分离的理想膜材料，但其有效性受限于离子与纳米通道间的有限相互作用。

为此，孙世鹏教授团队通过将埃米级多孔Tröger’s Base（TB）单元与离子吸附位点结合，设计了离子化亚纳米通道。该通道窗口尺寸为5.89-6.54 Å，介于阴离子水合直径和斯托克斯直径之间，有利于脱水离子的传输。通过尺寸筛选和静电相互作用效应相结合，制备的膜实现了20.37*10^-4mol^-1m^-2s^-1的高氯离子通量和一、二价阴离子Cl^‑/CO₃^2-与Cl^-/SO₄^2-的高选择性分离，其分离性能达到了文献报道的最优值。这项工作为碳酸盐资源利用、水净化等领域的离子分离应用提供了新思路。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51540-1

作者：国家特种分离膜工程技术研究中心；审核：郭百涛、孙世鹏