Ķīnai ir daudz sālsūdens resursu, piemēram, sāls ezeri un jūras ūdens, un šie sālījumi satur ievērojamus stratēģiskus elementus, piemēram, urānu un litiju. Šo resursu efektīva attīstība var ne tikai uzlabot galveno izejvielu pašpietiekamības līmeni, bet arī tai ir būtiska nozīme valsts stratēģiskajā drošībā.
Tomēr tradicionālā ieguves tehnoloģija saskaras ar milzīgām problēmām to augsto izmaksu, lielā enerģijas patēriņa un nopietna piesārņojuma dēļ, un tai steidzami ir vajadzīgas tehnoloģiskas inovācijas. Turpretim membrānas atdalīšanas tehnoloģija ir kļuvusi par potenciālu risinājumu iepriekšminētajām problēmām ar tās priekšrocībām, piemēram, augstu selektivitāti, zemu ietekmi uz vidi un zemu enerģijas patēriņu.
Membrānu atdalīšanas tehnoloģijas pamatā ir atdalīšanas membrānu izpēte un izstrāde. Tomēr tradicionālās atdalīšanas membrānas galvenokārt balstās uz poru lieluma skrīningu, kas apgrūtina līdzīga izmēra hidratēto jonu atdalīšanu.
Kā topošajai atdalīšanas membrānai divdimensiju membrānām ir liels pielietojuma potenciāls jonu un molekulārās atdalīšanas jomā, pateicoties to kontrolējamajam starpslāņu atstatumam un viegli funkcionējamām atsevišķām atomu vienībām.
Tomēr divdimensiju membrānu starpslāņu masas pārneses telpa ir pārāk maza (subnanometra līmenis), un subnanometra poru precīzas kontroles un funkcionālās modifikācijas realizācija joprojām saskaras ar milzīgām problēmām.
Pamatojoties uz iepriekš minēto, profesors Čeņs Simens un pētnieka Li Žana komanda no Landžou Universitātes Izglītības ministrijas Reto izotopu robežas zinātnes centra ierosināja vairākas stratēģijas divdimensiju membrānas masas pārneses kanālu izmēra kontrolei un funkcionālai modifikācijai, un panāca nozīmīgu progresu urāna un litija precīzas identificēšanas un efektīvas atdalīšanas jomā sarežģītās sālījumu sistēmās. Šie sasniegumi ne tikai nodrošina jaunas tehnoloģijas stratēģisko urāna un litija resursu ieguvei, bet arī veicina globālo energoapgādes drošību un vides ilgtspējību.
Jauns progress urāna ieguvē no jūras ūdens ar divdimensiju bioinženierijas membrānām
Pētnieku grupa ievietoja Escherichia coli, kas modificēts ar superuranilu saistošo proteīnu (SUP) divdimensiju (2D) MXene (Ti3C2TX) slānī, un izstrādāja "grāmatai līdzīgu struktūru" divdimensiju daudzfunkcionālu kompozītmateriālu membrānu, izmantojot spiediena tendences. -montāžas process, kas panāca precīzu uranila jonu identificēšanu un efektīvu atdalīšanu jūras ūdenī.
SUP nodrošina bioneorganiskajai hibrīdai membrānai īpaši augstu selektivitāti attiecībā uz uranila joniem, savukārt inženierijas radītā Escherichia coli uzlabo membrānas mehānisko izturību un ekonomiju. Eksperimentālie rezultāti liecina, ka membrāna nodrošina precīzu uranila jonu identificēšanu un lielisku jonu skrīninga veiktspēju (SFU/V≈43, SFNa/U≈158).
Lieliskā atdalīšanas veiktspēja un cikliskās stabilitātes testi pierāda membrānas rūpnieciskā pielietojuma potenciālu. Šis pētījuma rezultāts ir publicēts slavenajā žurnālā Nano Letters of the American Chemical Society 2024. gada novembrī ar nosaukumu "Slāņainas bio-neorganiskās MXene membrānas: zaļā pieeja urāna ekstrakcijai no jūras ūdens, izmantojot ģenētiski modificētu E. coli". Maģistrantūras students Mao Sjaonans ir pirmais šī raksta autors, un Li Žans, pētnieks Lanžou universitātes Reto izotopu pierobežas zinātnes centrā, un jaunais pētnieks Tians Longlongs ir līdzautori.
Divdimensiju daudzfunkcionāla kompozītmateriāla membrāna palīdz jaunai tehnoloģijai litija ekstrakcijai no sālsezeriem
Pētnieku grupa izmantoja metālu sinerģisko efektu, lai izstrādātu jauna veida bimetāla organisko karkasu (MOF) / grafēna oksīda (GO) kompozītmateriālu membrānu starp grafēna oksīda slāņiem. Tas ir, 2-metilimidazols tiek ievadīts grafēna oksīda starpslānī istabas temperatūrā, un pēc tam Zn2+ un Co2+ tiek uztverti grafēna oksīda nanoslāņos un veido spēcīgas koordinācijas saites ar imidazola ligandiem. , realizējot ZIF-8 un ZIF-67 in situ sintēzi grafēna starpslānī oksīds.
Šis darbs galvenokārt izskaidro jauno stratēģiju sānu neviendabīgu kanālu sintezēšanai, izmantojot jonu apmaiņas stratēģiju divdimensiju sub-nano telpā, un izmanto to litija ekstrakcijai no īstiem sāls ezeriem, un tā atdalīšanas koeficients litijam un magnijam var sasniegt 191. Šī novatoriskā membrāna materiāls ne tikai uzlabo litija ekstrakcijas jaudu, bet arī novērš daudzus esošo tehnoloģiju trūkumus, nodrošinot cinka risinājumu ilgtspējīgai litija ieguvei. litija resursi no sālsezeriem.
Šis pētījuma rezultāts tika publicēts American Chemical Society žurnālā Nano Letters ar nosaukumu "2D membrānas, kas savstarpēji pārklātas ar bimetāla metālu organiskiem karkasiem litija atdalīšanai no sālījumiem". Juaņs Furons, maģistrantūras students, kuru kopīgi apmācīja Landžou Universitāte un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Cjinhai Sālsezeru institūts, ir pirmais šī raksta autors, un Peng Jiaoyu, Cjinhai Sālsezeru institūta asociētais pētnieks, un Li Žans. , pētnieks Lanžou universitātes Reto izotopu robežzinātņu centrā, ir līdzautori.
Turklāt pētnieku grupa arī izstrādāja porainu ZnFe2O4 / ZnO nanoslāni un iekļāva to sub-nano starpslāņa kanālā, ko regulē Ag +, veidojot unikālu divdimensiju neviendabīgu kanālu struktūru.
Šajā kanālā skābekļa atomi nes negatīvus lādiņus un spēcīgi mijiedarbojas ar magnija joniem ar augstu lādiņa blīvumu, tādējādi precīzi "bloķējot" magnija jonus, savukārt litija joni var ātri iziet cauri. Šis mehānisms atšķiras no tradicionālā virsmas lādiņa atgrūšanas mehānisma, kas balstās tikai uz lādiņa atgrūšanas efektu uz membrānas virsmu, savukārt lādiņa bloķēšanas mehānismam ir lielāka selektivitāte, panākot precīzu jonu uztveršanu starpslāņu struktūrā.
Pētījuma rezultāti tika publicēti izdevumā Advanced Science ar nosaukumu "Precīzi regulējoši 2D neviendabīgie kanāli uzlādes bloķēšanas uzlabotai litija atdalīšanai no sālsūdens". Doktorants Hao Yaxin ir pirmais šī raksta autors, un pētnieks Li Žans no Landžou universitātes Reto izotopu robežas zinātnes centra ir atbilstošais darba autors.
Profesors Chen Ximeng un profesors Wu Wangsuo sniedza svarīgus uzlabojumus iepriekšminētajam darbam. Iepriekš minēto darbu vadīja Landžou universitātes Reto izotopu robežas zinātnes centrs, un Ķīnas Zinātņu akadēmijas Cjinhai Sālsezeru institūts un Qinghai Tautību universitāte sniedza spēcīgu atbalstu šim darbam. Iepriekš minēto pētniecisko darbu finansēja Nacionālā galvenā pētniecības un attīstības programma, Ķīnas Nacionālais dabaszinātņu fonds un Lanžou Universitātes Centrālās universitātes Pamatpētījumu biznesa izdevumu starpgrupu projekts.
[raksta saite]
Nano vēstules: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04709
Nano vēstules: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c04040
Uzlabotā zinātne: https://doi.org/10.1002/advs.202406535
