Bereiding en toepassing van op MOF gebaseerd ionenuitwisselingsmembraan voor selectieve scheiding van lithium lithium

Lithium, als energiebron in oplaadbare lithiumbatterijen, heeft een toenemende vraag opgewekt. Zoutmeren met 62% van de totale wereldwijde lithiumbronnen trekken de aandacht van mensen om de exploitatie te versterken.

In vergelijking met traditionele methoden zoals uitzouten, oplosmiddelextractie en precipitatie, zijn membraanmethoden in opkomst met een grote belofte voor lithiumextractie uit waterige omgevingen vanwege hun eenvoudige bediening, ecologische duurzaamheid, lage productiekosten, hoge energie-efficiëntie en uitstekende ionische selectiviteit. Afhankelijk van de drijvende kracht kunnen membranen worden geclassificeerd als drukgedreven membranen (bijvoorbeeld nanofiltratiemembranen), elektrogedreven membranen (bijvoorbeeld ionenuitwisselingsmembranen), temperatuurgestuurde membranen en concentratiegedreven membranen. Onder hen worden de nanofiltratiemembranen en ionenuitwisselingsmembranen met de geschikte membraanporiëngrootte en regelbare membraanoppervlaktelading meestal gebruikt voor selectieve scheiding van doelionen. Vooral bij elektrodialyse kunnen ionenuitwisselingsmembranen problemen met een hoge concentratiegradiënt en osmotische druk ten opzichte van nanofiltratiemembranen vermijden, en wordt ze veel gebruikt om ionen in verschillende waterige omgevingen te scheiden.

Poreuze metaal-organische raamwerken (MOF's) zijn een steeds populairdere klasse van poreuze materialen vanwege hun op maat gemaakte structuur die bestaat uit geordende poreuze holtes, hoge specifieke oppervlakken en veelzijdige functionele organische liganden. Implementatie van deze poreuze materialen in membraanscheidingstechnologieën kan een energie-efficiënt alternatief voor ion-selectieve scheiding creëren.

Ideale op MOF gebaseerde membranen voor doel-ionselectieve scheiding moeten worden bereid met een uniforme dispersie van MOF-deeltjes en vertonen ondertussen een hoge ionische geleidbaarheid, uitstekende stabiliteit, anti-aangroei- en aangroeiwerende prestaties. De meeste MOF's hebben echter een lage ionische geleidbaarheid, waardoor de resulterende MOF-gebaseerde membranen mogelijk niet bevorderlijk zijn voor ionenselectie en -transport, wat ons inspireert om MOF-gebaseerde kationenuitwisselingsmembranen te ontwikkelen met een hoge ionische geleidbaarheid voor hoge lithiumselectiviteit.