作者Xinyu Zeng（曾欣宇）、Chunchun Meng（孟春春）、Zihan Xu（徐子涵）、Xinwu Li（李新武）、Haochen Zhu（朱浩辰，通讯作者）及Guangming Li（李光明）来自同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室及长江水环境教育部重点实验室。该文发表于 Nanomaterials 期刊，2025年6月22日出版，文章类型为综述（Review），系统梳理了近年来通过界面聚合（interfacial polymerization, IP）制备正电荷纳滤膜用于镁锂分离的研究进展。
本文围绕盐湖卤水提锂过程中镁离子（Mg²⁺）与锂离子（Li⁺）的高效分离这一核心问题展开。锂因其低密度、高电化学活性被广泛视为“白色石油”，全球需求在新能源电池产业推动下迅速增长。盐湖卤水作为主要锂资源，含有大量Mg²⁺，其水合离子半径（0.428 nm）与Li⁺（0.340 nm）相近、化学性质相似，给锂的高纯提取带来巨大障碍。传统沉淀、吸附、煅烧浸出、溶剂萃取等方法存在效率低、周期长和环境污染等问题。纳滤膜分离技术因其环境友好、效率高、无二次污染而成为最具前景的锂选择性分离手段。在纳滤分离机制中，唐南效应（Donnan exclusion）对Mg²⁺/Li⁺分离起主导作用，正电荷纳滤膜表面可通过静电排斥更强地截留二价Mg²⁺，同时允许单价Li⁺透过，因此构建正电荷纳滤膜成为高镁锂比盐湖提锂的关键策略。自1998年Peeters提出正电荷纳滤膜可用于分离单价与二价阳离子、2015年Li等人首次将其用于锂镁分离以来，IP作为纳滤膜制备的主流方法，受到广泛关注。基于此，本综述旨在系统总结近年来基于IP的正电荷纳滤膜在镁锂分离中的设计策略、结构—性能关系、当前挑战与未来方向。
文章首先阐述了评价Mg²⁺/Li⁺分离效果的关键参数，包括分离因子（S_Mg,Li或S_Li,Mg）、纯水渗透率（pure water permeance, PWP）和截留率（rejection rate, R）。S_Li,Mg值越高表示分离效果越好，PWP反映膜的水通量，R表示膜对特定离子的截留百分比。这些参数为后文性能比较提供统一框架。
文章主体部分将正电荷纳滤膜的制备策略归纳为五类，并逐一展开论述。
第一类为单体工程（monomer engineering）。文章回顾了从2015年Li等人使用DAPP与TMC制备中空纤维聚酰胺正电荷膜开始，以及Xu等人2019年用聚乙烯亚胺（PEI）与TMC进行IP实现镁锂分离的工作。由于PEI末端无胺基，直接与TMC反应容易形成缺陷和过于致密的网络，研究人员通过接枝改性引入末端胺基，例如乙二胺（EDA）封端PEI，可使Mg²⁺截留率达99.21%，S_Li,Mg达80.62。此外，作者讨论了哌嗪（PIP）骨架的新型季铵化单体，如QSPIP、QBPIP等，它们可提高正电荷密度、自由体积和氯稳定性；另有研究通过PEI与PIP混合制备Janus结构聚酰胺层，使上层荷负电、下层荷正电，同时截留二价阴离子和阳离子，qi等人所制膜的S_Li,Mg为24，纯水渗透率为16.0 LMH/bar。文章还指出冠醚功能化单体可创造Li⁺选择性传输通道，如4-氨基苯基-15-冠-5与PEI结合，在保持高Mg²⁺截留率的同时强化锂离子透过。
第二类为添加剂掺入（additive incorporation）。在IP过程中向水相或油相中加入纳米材料、环状分子或表面活性剂，可显著改善膜结构与分离性能。文章按维度对纳米材料进行分类，零维材料如TiO₂、SiO₂、石墨烯量子点；一维碳纳米管（CNTs）提供光滑通道但易团聚；二维材料如g-C₃N₅、MOF、氧化石墨烯（GO）等具有大横向尺寸和原子厚度，可通过堆叠构建有序水通道。例如，PEI与g-C₃N₅复合膜突破选择性—渗透性权衡，S_Li,Mg为18.18，PWP达58.59 LMH/bar。环状分子如偶氮冠醚（DA18C6）、环糊精（CDs）可提供锂离子选择性位点和调控孔径。表面活性剂如十二烷基磷酸酯（DDP）能稳定界面、加快胺单体扩散，形成更薄且孔径分布更窄的聚酰胺层，Peng等人的工作中Mg²⁺截留率超过99.9%。
第三类为表面改性（surface modification）。初生聚酰胺层上残留的酰氯与羧基限制了正电荷密度，通过接枝多氨基化合物、季铵盐或咪唑鎓类离子液体可增强表面正电性并提升Li⁺/Mg²⁺选择性。例如，在PEI-TMC膜上接枝高分子量PEI（70,000 Da），当进料Mg²⁺/Li⁺比为50时，S_Li,Mg可达150，但水通量较低；低分子量PEI接枝则可提高氨基密度并改善渗透性。此外，双季铵单体QEDTP将等电点从7.7提高到8.4；BTAB接枝膜在保持约10 LMH/bar水通量的同时实现99.2% MgCl₂截留；1-氨基吡啶碘化物（1-AI）同时发挥封端和接枝作用，使膜获得19.8 LMH/bar与S_Li,Mg 27.7。文章也指出表面改性依赖残留活性位点分布，孔径精确调控仍具挑战。
第四类为插层整合（interlayer integration）。在支撑层与聚酰胺层之间引入中间层，可调控IP反应与聚酰胺层微结构。亲水中间层有利于胺单体储存，减少缺陷；通过中间层与胺单体的氢键或共价作用可减缓胺扩散，形成更薄且更均匀的PA层；正电荷中间层可避免与胺单体的强静电吸引，促进胺快速释放，形成平均孔径更小、分布更窄的致密层。例如，Zhao等人引入双刚性扭曲多孔有机聚合物（POP）中间层，S_Li,Mg达78.56；Bai等人利用RA-PEI中间层，S_Li,Mg达92.8，PWP为16.7 LMH/bar。文章同时指出，也有Janus型（负电中间层与正电PA层）表现出优良性能，机理尚需进一步探索。
第五类为基底功能化（substrate functionalization）。超滤基底的物理结构与化学性质影响胺单体储存与扩散。常见方法包括在基底表面涂覆PDA、GO、壳聚糖等，接枝功能分子或聚合物链，以及在铸膜液中添加纳米材料。例如，将UIO-66-NH₂或ZIF-8掺杂到基底中制备混合基质膜，Yuan等人所制膜Li⁺/Mg²⁺选择性高达377.8，水通量提高2.18–2.67倍。另一些研究通过构建基底—单体—金属离子三元协同作用来调控单体扩散，如Cu²⁺与聚间苯二胺（PMPD）和PEI的螯合作用使膜在模拟卤水试验中S_Li,Mg达33，PWP为16 LMH/bar。
文章进一步讨论了决定膜性能的内在结构因素。孔径大小与分布方面，较小孔径增强选择性但降低渗透性，均匀孔径有助于提高分离精度。Zeta电位方面，提高等电点可强化唐南排斥，在操作pH范围内保持表面正电是获得高S_Li,Mg的关键。亲水性方面，高亲水表面可促进水合层形成、降低渗透阻力，但可能牺牲部分表面电荷。活性层厚度方面，减薄可缩短传质路径并降低能耗，但会削弱机械强度。这些结构—性能关系为膜设计和优化提供了依据。
最后，文章总结了现有研究的成就与不足，指出面向高盐度卤水长期稳定性、抗污染性能以及标准化评价体系仍是未来重点。通过材料设计、表面工程和严格测试的协同，新一代纳滤膜有望变革锂提取工艺，助力可持续能源转型。
本文的综述价值在于系统梳理了正电荷纳滤膜在镁锂分离领域的最新设计策略，不仅从材料、结构、机制多维度解释了分离性能提升的路径，还明确指出了当前研究的空白与未来方向，为高性能正电荷纳滤膜的开发提供了重要参考。