近日，青岛科技大学环境与安全工程学院张杨教授团队在离子选择性分离机制研究方面取得新进展。相关研究成果以“Interfacial Partitioning Kinetics Govern Nitrate–Chloride Selectivity in Ion-Selective Membranes”为题发表在国际顶尖期刊《Environmental Science & Technology》上。青岛科技大学为第一完成单位，研究生许瀚洋为第一作者，刘飞、张杨为通讯作者。
硝酸根（NO3⁻）与氯离子（Cl⁻）广泛共存于复杂水体中，实现两种同价阴离子的高效选择性分离具有重要意义。传统研究主要关注离子在膜内的平衡分配与扩散行为，而溶液—膜界面分配动力学对离子选择性的影响尚缺乏充分认识。
研究团队以自主制备的阴离子交换膜（101M）为研究对象，结合电化学传输实验、动力学能垒网络（KBN）分析、交叉离子交换动力学实验及密度泛函理论（DFT）计算，揭示了单盐与混盐条件下硝酸根和氯离子传输偏好反转的动力学机制。研究发现，单盐条件下氯离子传输更快，而在等摩尔混盐电渗析条件下，硝酸根表现出显著的优先传输特性，NO3⁻/Cl⁻通量比达到86.5，浓度归一化选择性最高达到150。进一步研究表明，混盐条件下氯离子的界面入膜表观活化自由能垒较硝酸根高11.7 kJ·mol⁻1，界面入膜分配阻力占整体跨膜传输阻力的79.6%—99.6%，表明界面分配动力学是影响离子传输选择性的关键因素。交叉离子交换实验进一步证实，入膜离子与膜内驻留反离子共同影响界面交换动力学，为解释竞争离子传输选择性提供了新的动力学视角。
该研究深化了对同价阴离子竞争传输机制的认识，为高选择性离子交换膜的设计与优化提供了理论依据，也为富氯水体及高盐废水中硝酸盐的选择性分离提供了新思路。研究得到国家自然科学基金（U25A20365）、山东省重点研发计划（2025GNKJHZ0202）和泰山产业领军项目（tsls20221106）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c03938
