Металл-полимерные мембраны с ионной проводимостью
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики», Центра водных исследований Нью-Йоркского университета в Абу-Даби, Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН и Объединенного института ядерных исследований синтезировали наноструктурированный материал для электродиализного разделения. Полученные металл-полимерные мембраны с ионопроводящими каналами, содержащими ионы цинка, меди и хрома, имеют ионную проводимость. Параметры мембран сопоставимы с коммерческими образцами, и достигают невероятно высоких значений коэффициентов селективного разделения анионов, особенно для медьсодержащей мембраны. Разработка перспективна для качественной очистки воды от нитратов с возможностью их повторного применения в сельском хозяйстве. Результаты работы опубликованы в Journal of Membrane Science. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123518.
Водоочистка является одной из основных проблем, стоящих перед человечеством, поскольку качество воды быстро ухудшается из-за антропогенных факторов. Накопление нитрат-ионов в подземных водах в результате сельскохозяйственной деятельности приводит к их высокому содержанию в питьевой воде. Употребление такой воды вызывает ухудшение работы сердечно-сосудистой и пищеварительной систем. Кроме того, извлеченные нитраты можно повторно использовать в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Поэтому поиск новых, экологически чистых методов извлечения нитрат-ионов из сточных вод является крайне актуальным.
Одним из наиболее эффективных и экологически чистых методов разделения солевых растворов с последующей возможностью получения пресной воды является электродиализ. Он основан на миграции ионов через ионообменную мембрану под воздействием электрического поля. На данный момент есть ряд трудностей: низкая степень очистки от одновалентных ионов и образование нерастворимых солей.
Исследователи из Москвы, Дубны и Абу-Даби разработали селективную металлполимерную мембрану на основе кардового полибензимидазола с ионами цинка, меди и хрома и решили эти задачи. Работу прокомментировал сотрудник Лаборатории ионики функциональных материалов Андрей Манин: «На основе кардового полибензимидазола с ионами цинка, меди и хрома получена серия новых металлополимерных анионообменных мембран с различными молярными соотношениями металл/бензимидазольное кольцо. Показано, что добавление ионов металлов приводит к сшивке полимерных цепей за счет координационных связей, а синтезированные мембраны обладают анионообменными свойствами. Таким образом, в данной работе предложен новый подход к получению нитрат-селективных анионообменных мембран на основе координационных полимерных комплексов кардового полибензимидазола и ионов d-металлов».
В дальнейшем авторы планируют апробировать полученные материалы в других экспериментальных условиях, а также использовать их для других приложений.
Исследование поддержано Российским научным фондом (№ 23-43-00138).
Источник: A.A. Lysova, A.D. Manin, D.V. Golubenko, I.I. Ponomarev, V.A. Altynov, N. Hilal, A.B. Yaroslavtsev. Ultra-high nitrate-selective metal-polymer membranes based on cardo polybenzimidazole for electrodialysis. Journal of Membrane Science. Volume 716, 2025,123518,
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123518.
Схема разделения ионов металл-полимерной мембраной в процессе электродиализа