Çin Elm və Texnologiya Universitetindən (USTC) professor Xu Tongwen və professor Li Xingyanın rəhbərlik etdiyi tədqiqat qrupları ionların ümumi dehidrasiyası konsepsiyasını təklif etdilər və metal-üzvi çərçivə (MOF) ilə məhdudlaşan tac efir membranları hazırladılar. mürəkkəb sistemlərdə ionların dəqiq ayrılması məsələsini həll etdi. Araşdırmanın nəticələri Science Advances jurnalında dərc olunub .

İonların səmərəli və dəqiq ayrılması duz göllərindən litiumun çıxarılması , dəniz suyunun təmizlənməsi və yüksək duzlu çirkab su ehtiyatlarının istifadəsi kimi mühüm kimyəvi prosesləri əhatə edir . Bu sistemlərdəki ionlar mürəkkəb tərkibə malikdir və onların ölçüləri hamısı anqstrom səviyyəsindədir, bu, hazırkı kimyəvi ayırma sənayesində həll edilməli olan texniki problemdir .

Komandanın əvvəlki tədqiqat nəticələrinə görə, angstrom miqyaslı membran kanalları ionların qismən susuzlaşmasına kömək etdi və ionların ötürülməsini və süzülməsini təşviq etdi. Birvalent ionların axını və seçiciliyini daha da artırmaq üçün tədqiqatçılar işi davam etdirdilər.

Tədqiqatçılar, UiO-nun pəncərə boşluq strukturundan istifadə etməklə tac efir molekullarının “mükəmməl həbsinin” olduğu mülayim şəraitdə (30 ℃) MOF qapalı tac efiri (CE@UiO-66) membranlarının in-situ böyüməsini həyata keçirməyi hədəflədilər. -66.

UiO-66-nın pəncərəsi ~8 Å və boşluq ~12-15 Å idi. Ölçü uyğunluğuna əsaslanaraq, molekulyar ölçüsü ~ 12 Å olan dibenzo-15-crown-5 (DB15C5) və ya dibenzo-18-crown-6 (DB18C6) məhdudlaşdırmaq mümkün oldu. UiO-66 membranının ~8 Å pəncərəsi və ~12-15 Å boşluğu var idi.

Təmiz UiO-66 membranları ilə müqayisədə, CE@UiO-66 membranları monovalent ionların tam susuzlaşdırılmasına imkan verən UiO-66 pəncərə ölçüsünün skrininqi və tac efiri ilə qarşılıqlı təsir skrininqinin sinerji effektinə görə daha yüksək monovalent ion keçirmə dərəcələri və seçicilik nümayiş etdirdi.

Konsentrasiyaya əsaslanan ikili ionların ayrılması sistemində birvalent kationların axını (məsələn, K ⁺ ) və birvalent/ikivalent kationların seçiciliyi (məsələn, K ⁺ /Mg ^{2+ ) 0,9 ~ 1,2 mol m 2} diapazonunda idi. h ^-1 və müvafiq olaraq 30 ~ 60.

Birinci prinsiplər üzrə hesablamalar və molekulyar dinamika simulyasiyaları göstərdi ki, monovalent ionlar DB18C6@UiO-66 boşluğundan keçərkən tamamilə susuzlaşdırılıb və bu, monovalent ionların daha aşağı enerji maneəsi (transfer enerji maneəsi: K ⁺ < Na ⁺⁾ ilə sürətlə ötürülməsinə səbəb olub. < Li ⁺ < Mg ²⁺ ) və son ion transmembran sürəti belə idi: K ⁺ > Na ⁺ > Li ⁺ > Mg ²⁺ .

Tədqiqat mürəkkəb sistemlərdə ionlar üçün dəqiq ayırma membranlarının qurulması üçün nəzəri təlimat verir .

Ətraflı məlumat: Tingting Xu et al, Tam susuzlaşdırma və monovalent ionların sürətli daşınması üçün MOF membranında tac efirlərinin mükəmməl tutulması, Elm İnkişafı (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adn0944

Jurnal məlumatı: Science Advances