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實現(xiàn)高選擇性的鋰離子篩分,，對于解決鋰資源短缺等難題具有重要意義,。然而，由于鋰離子與鈉,、鉀,、鎂、鈣離子等其他多種競爭離子在尺寸和價態(tài)等性質(zhì)上相近,，從高濃度溶液中精準(zhǔn)提取鋰離子面臨挑戰(zhàn),。盡管已有多種膜材料被開發(fā)用于實現(xiàn)鋰離子的選擇性透過，但其選擇性遠(yuǎn)不能滿足海水提鋰的需求,。針對這一問題,，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員高軍與青島大學(xué)科研團(tuán)隊開展合作，研究開發(fā)出一種可精準(zhǔn)截留鋰,，同時傳輸其他陽離子的膜材料,。研究團(tuán)隊考慮到水中鋰離子的遷移速率明顯低于鉀、鈉等競爭離子,，且具有最低的電遷移率,，因此通過截留鋰離子同時傳導(dǎo)競爭離子的方式，從理論上能夠?qū)崿F(xiàn)更高的鋰離子選擇性篩分,。研究團(tuán)隊構(gòu)筑了一種隨機(jī)取向的共價有機(jī)框架（COF）基分離膜,，該膜的孔徑不利于鋰離子透過，并且其表面磺酸基團(tuán)不利于鋰離子結(jié)合,，從而實現(xiàn)了極高選擇性的鋰離子截留,。該研究利用垂直排列的納米片陣列作為基底,，誘導(dǎo)COF的垂直取向生長，并通過與COF原生水平取向生長的競爭作用,，誘導(dǎo)實現(xiàn)COF微晶區(qū)之間的無規(guī)取向排列,。晶界的扭曲產(chǎn)生尺寸< 0.3 nm的極窄孔徑，對鋰離子傳輸形成極大的空間位阻,。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),，磺酸基團(tuán)可特異性提高鉀、鈉離子通量,，但對鋰離子的通量提升效果有限,。綜合分析表明，隨機(jī)取向?qū)е碌臉O窄孔徑與磺酸基團(tuán)的協(xié)同效應(yīng)是該COF基膜材料具有極高鉀/鋰,、鈉/鋰選擇性的內(nèi)在原因,。該膜在允許鉀、鈉離子以可觀的通量跨膜輸運的同時,，可實現(xiàn)對鋰離子完全的截留（低于電感耦合等離子質(zhì)譜儀對鋰離子的檢測限）,。考慮到鋰離子具有最低的電遷移率,，研究團(tuán)隊在上述研究的基礎(chǔ)上,，進(jìn)一步結(jié)合電滲析技術(shù)，通過調(diào)控電場強(qiáng)度實現(xiàn)鈉,、鉀,、鎂、鈣四種競爭離子的跨膜輸運及鋰離子的完全截留,。實驗證明,，在電滲析條件下，鉀,、鈉離子的通量隨著電壓的升高而逐漸增加,，在3 V電壓下達(dá)到10 mol h-1 m-2以上。當(dāng)將電壓提高到4.5 V時,，多種競爭離子（鈉,、鉀、鎂,、鈣離子）高通量傳輸?shù)耐瑫r,，鋰離子的通量卻保持為零，實現(xiàn)了高選擇性的鋰離子篩分,，并成功應(yīng)用于真實鹽湖鹵水中鋰離子的精準(zhǔn)提取,。該研究成果可為隨機(jī)取向COF基膜材料的設(shè)計和應(yīng)用提供新思路，并有望啟發(fā)其他高值稀有元素的高效分離,。相關(guān)研究成果以Randomly oriented covalent organic framework membrane for selective Li+ sieving from other ions為題,，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上,。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持,。論文鏈接隨機(jī)取向COF基分離膜的制備與表征電滲析實現(xiàn)競爭離子的高通量傳輸及鋰離子的完全截留