Monovalent cation exchange membranes (MCEMs) have progressively played an important role in the field of ion separation. However, according to transition state theory (TST), synchronously tuning the enthalpy barrier (△H) and entropy barrier (△S) for cation transport to improve ion separation performance is challenging. Here, the enamine reaction between the -NH- and -CHO groups is applied to regulate the subsequent Schiff-base reaction between the -CHO and -NH₂ groups, which reduces the positive charges of the selective layer but increases the steric hindrance. The increased -T△S (△S term) for cation transport plays an important role in improving Li⁺/Mg²⁺ separation performance. The optimal positively-charged glutaraldehyde@piperazine/polyethyleneimine assembled membrane (M-Glu@PIP/PEI) has a perm-selectivity (Li⁺/Mg²⁺) of 31.83 with a Li⁺ flux of 1.87 mol·m^-2·h^-1, surpassing the Li⁺/Mg²⁺ separation performance of state-of-the-art monovalent ion selective membranes (MISMs). Most importantly, the selective electrodialysis (S-ED) process with M-Glu@PIP/PEI can be directly applied to treat simulated salt-lake brines (SLBs), and its superior Li⁺/Mg²⁺ separation performance and operational stability enables 74.44 % of the lithium resources with a Li⁺ purity of 34.02 % to be recovered. This study presents new insights into the design of high-performance MCEMs for energy-efficient resource recovery.

中文翻译：

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提高受 enamine 反应调节的选择性电渗析膜的锂/镁分离性能


单价阳离子交换膜 （MCEM） 在离子分离领域逐渐发挥了重要作用。然而，根据过渡态理论 （TST），同步调整阳离子传输的焓势垒 （△H） 和熵势垒 （△S） 以提高离子分离性能是具有挑战性的。在这里，-NH- 和 -CHO 基团之间的 enamine 反应用于调节 -CHO 和 -NH₂ 基团之间随后的席夫碱反应，这减少了选择性层的正电荷，但增加了空间位阻。阳离子传输的 -T△S（△S 项）增加在提高 Li⁺/Mg²⁺ 分离性能方面起着重要作用。最佳带正电荷的 glutaraldehyde@piperazine/聚乙烯亚胺组装膜 （M-Glu@PIP/PEI） 的渗透选择性 （Li⁺/Mg²⁺） 为 31.83，Li⁺ 通量为 1.87 mol·^m-2·^h-1，超过了最先进的单价离子选择性膜 （MISM） 的 Li⁺/Mg²⁺ 分离性能。最重要的是，具有 M-Glu@PIP/PEI 的选择性电渗析 （S-ED） 工艺可以直接用于处理模拟盐湖卤水 （SLB），其卓越的 Li⁺/Mg²⁺ 分离性能和操作稳定性使 74.44% 的锂资源得以回收，Li⁺ 纯度为 34.02%。本研究为设计用于节能资源回收的高性能 MCEM 提供了新的见解。