从有机废水中进行离子和溶剂资源化回收有利于实现排放峰值和碳中和目标。传统AEM在有机废水中长期使用会出现严重的溶胀、官能团脱落、物化性能下降等问题不利于分离。因此，开发耐有机溶剂阴离子交换膜(AEMs)是电渗析(ED)技术处理有机废水的关键。

鉴于此，沈江南教授团队设计了一种基于聚芳醚砜与柔性交联剂(DBH)交联含三维网络的AEM，用于在有机溶剂体系中通过ED回收离子资源。研究表明，所制备的AEMs分别在60%的DMSO (aq.)、60%的乙醇(aq.)和60%的丙酮(aq.)中具有良好的尺寸稳定性。优化后的AEM在有机溶剂中具有低溶胀率，为1.04−1.10%。优化的AEM经有机溶剂处理30 天后，对NaCl溶液ED脱盐率可达99.1%，并且对有机溶剂和0.5 M NaCl的混合料液，脱盐率仍可达99.0%。此外，在2.5 mA cm⁻²的电流密度下，优化的AEM在有机溶剂中浸泡30 天后，其选择性(Cl⁻/SO₄²⁻)为133.09 (Neosepta ACS为13.11)。优异的ED性能归因于AEM内存在稳定且连续的亚纳米通道，这可由SAXS，旋转能垒等表征进行证证明。这项工作展示了含交联网络的AEMs在有机废水资源回收中的应用潜能。

AEM的制备

AEM尺寸稳定性研究

Cl⁻/SO₄²⁻离子分离性能研究

本文采用高度疏水的氟甲基芳香骨架和适量的亲水性侧链可以使AEM在有机溶剂体系中具有理想的膜溶胀性能。此外，随着AEM基体内交联密度的增加，聚合物间链间距缩小，从而提高尺寸稳定性。为了进一步测试耐有机溶剂性，将有机溶剂体系从单一溶剂体系(即DMSO)扩展到多溶剂体系(即DMSO，乙醇，丙酮)，在更恶劣的环境中评估所制备的AEM。利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、水接触角、原子力显微镜(AFM)和小角X射线散射(SAXS)对其在有机溶剂中处理前后的微观结构进行表征，证明优化后的AEM的具有优异的长时间的耐有机溶剂性能。同时，优化后的AEM可以有效分离有机废水环境中的一价/二价阴离子(如Cl⁻/SO₄²⁻)，选择性(Cl⁻/SO₄²⁻)达133.09，远优于商业膜（13.11），能更好的实现离子资源化回收。

论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202306313

Jingwen Xu, Junjie Mu, Yuyang Yao, Yanqing Xu, Junbin Liao, Huimin Ruan, Jiangnan Shen, Small 2023.

DOI:10.1002/smll.202306313

(许婧雯供稿)