バイオミメティックCOF膜がリチウムイオンの高精度分離を可能に(Biomimetic COF Membrane Enables Precise Lithium Ion Separation for Sustainable Extraction)

ad

2025-04-30 中国科学院(CAS)

ChatGPT:
中国科学院青島生物能源与过程研究所(QIBEBT)と青島大学の研究チームは、生体イオンチャネルを模倣した新しい共有結合性有機フレームワーク(COF)膜「r-TpPa-SO₃H」を開発した。この膜は、ナトリウムやカルシウムなどの他のイオンが高濃度で含まれる塩湖水から、リチウムイオン(Li⁺)を高選択的に分離する能力を持つ。ランダム配向のナノ結晶構造により狭く曲がったチャネルが形成され、イオンのサイズと水和エネルギーを基に選択的透過が行われる。特に、電場下でNa⁺やK⁺は通過する一方、Li⁺は水和殻を保ち通過しない逆ふるい効果により、高効率な単一ステップでのリチウム濃縮が実現する。膜はセラミック基板に対応しており、工業規模の応用も期待される。

<関連情報>

他のイオンからLi+を選択的にふるい分けるためのランダム配向共有結合有機フレームワーク膜 Randomly oriented covalent organic framework membrane for selective Li+ sieving from other ions

Shiwen Bao,Zhaoyu Ma,Lei Yu,Qi Li,Jiaxiang Xia,Song Song,Kunyan Sui,Yongye Zhao,Xueli Liu & Jun Gao
Nature Communications  Published:24 April 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-59188-1

バイオミメティックCOF膜がリチウムイオンの高精度分離を可能に(Biomimetic COF Membrane Enables Precise Lithium Ion Separation for Sustainable Extraction)

Abstract

Certain biological channels exhibit remarkable selectivity, effectively distinguishing between competing cations. If artificial membranes could achieve similar precision in differentiating competing ions from Li+, it could advance sustainable technologies in lithium extraction. In this study, we present a covalent organic framework (COF) membrane featuring a randomly oriented structure that enables selective separation of major competing ions from Li+. The random orientation results in narrow pores, which impart size-based selectivity among alkaline ions. Additionally, the COF incorporates sulfonic groups that preferentially bind to Na+ and K+, facilitating their transport while retaining Li+. These synergistic mechanisms endow the membrane with a selectivity beyond detection limit for K+ and Na+ over Li+. When driven by an electrical potential, the ion flux through the membrane is enhanced by over an order of magnitude. Notably, the membrane also permits the transport of Mg2+ and Ca2+ while still rejecting Li+, leveraging differences in their ion mobility. This work should advance the design and construction of biomimetic materials for the extraction of valuable species from seawater and other aqueous sources.

0502有機化学製品
ad
ad
Follow
ad
タイトルとURLをコピーしました