碳明科技8月18日讯：离子分离技术被广泛的应用于制药分离、污水处理和海水淡化领域，通过提取或去除溶液中某些离子达到分离纯化的目的。将溶液中宝贵的离子资源提取与回收是全球可持续发展的关键挑战，电驱动膜（electro-driven membrane）则被认为是解决这一挑战的可行方案。电驱动膜的选择性分离效率是此技术最大的优势，应用场景包括锂、氟化物、重金属离子和营养离子（如NH4+、PO43）的选择性分离。

传统的方法，如吸附、离子交换、溶剂萃取、沉淀、蒸发结晶、电化学技术和基于膜的分离技术，已经在工业中被广泛研究或使用，然而这些传统技术受到能耗高和选择性低的阻碍，不能进一步满足离子分离和回收的需求。

例如，吸附和离子交换具有高效率和简单性，但脱附和回收过程会产生废物，限制了大规模的工业应用。溶剂萃取可以实现选择性萃取，但有机溶剂回收是能源密集型的，溶剂流失也会导致环境问题。沉淀和蒸发结晶建设成本低且易于操作，但能耗大、选择性差。近年来，用于从盐水中回收目标离子的电化学技术（如电容去离子）被确定为一种有前途的分离方法，然而电极的稳定性、剥离装置的可行性以及分离效率仍需进一步改进。

传统分离技术的缺点促使了新型膜材料的形成：

电驱动膜（Electro-driven Membrane）

电驱动膜是一类带电材料，在电场下有助于选择性的传输离子。根据带电基团的类型，电驱动膜可分为阳离子交换膜（CEMs）、阴离子交换膜（AEMs）和双极膜（BPM）。这些电驱动膜用于电渗析和电容去离子过程中从水中分离离子。电驱动膜避免了纳滤膜的高浓度梯度和渗透压，并具有强选择性分离功能，已经广泛用于在不同的水环境中分离离子。

电驱动膜的制备方法在过去十年中得到了显著的发展，包括许多新型聚合物、单体和2D纳米片的合成与集成。与其他膜分离工艺不同，电驱动膜的离子选择性取决于操作条件，如电压、电流、膜类型和表面积。

电驱动膜的合成与作用利用了以下三种机理：

1. 在电驱动膜表面涂覆相同的电荷反离子层（与目标离子相同的电荷），以防止多价离子穿过膜，称为静电排斥效应； 

2. 构建具有可控孔径的膜，以阻止大水合离子通过，称为尺寸筛分效应；

3. 制造具有对目标离子表现出高亲和力的官能团的膜，以实现目标离子选择性。

根据这些原理，纳米材料和无机材料等新型材料被用来设计具有可控结构和官能团的电驱动膜，以克服传统聚合物的固有缺陷。

应用场景：去氟提锂 水中除氟

阴离子交换膜被开发用于通过电驱动过程选择性分离并去除单价阴离子，如氟化物、高氯酸盐和硝酸盐。传统的氟分离方法，如吸附、沉淀和离子交换，面临着效率和选择性低的问题。并且固体沉淀或再生水溶液管理费用昂贵，并可能造成二次污染。MCDI工艺中使用的单价选择性阴离子交换膜有效地阻碍了多价阴离子穿过膜的传输，以从水溶液中去除和再循环氟化物。

盐湖提锂

为了开发用于从盐湖中提取锂的电驱动膜，比利时鲁汶大学的Van der Bruggen教授团队专注于提高锂选择效率，并减轻大规模工程应用的结垢。团队使用开发出的单价选择性阳离子交换膜提取LiOH，并实现了Mg2+和Li+约99%的分离效率。

利用新型电驱动膜开发离子选择性分离技术具有巨大的机会，这在离子资源回收和提取方面显示出巨大的潜力。然而，仍需要在流程开发和工艺放大方面做出更多努力。未来开发统一的评估指标，将材料特性、结构参数和离子表面相互作用联系起来，这将为广泛的应用场景提供行业标准。