The excessive thickness of the separation layer and the presence of cracks cause low water flux and poor lithium recovery in conventional forward osmosis (FO) membranes. According to the influence of the diffusion behavior of amine monomers in interfacial polymerization, the use of an interlayer optimizes the separation layer structure of traditional thin-film composite FO membrane. However, it is difficult to accurately control the separation layer structure by simply adjusting the amount of the interlayer material loaded. Herein, FO membranes with defect-containing metal–organic framework (MOF) interlayers were constructed. By adjusting the concentrations of competitive ligands, the MOFs showed different degrees of linker loss, which exposed the metal ions in the MOFs to different extents. The defective sites of the constructed MOFs increased the interaction between the interlayer and m-phenylenediamine (MPD), and density functional theory (DFT) simulations also revealed an increase in the binding energy of the two materials. Therefore, MPD attachment and diffusion were controlled by changing the proportion of defects in the MOFs, thereby finely regulating the separation layer structure. Additionally, tannic acid (TA) was predeposited to improve the stability of the interlayer. The prepared membrane exhibited water fluxes of 33.84 and 65.81 LMH and reverse salt fluxes of 0.58 and 2.38 gMH in the active layer facing feed solution (AL-FS) and active layer facing draw solution (AL-DS) modes, respectively. Excellent lithium ion recovery and fouling resistance was also demonstrated in battery wastewater treatment.

Recently, low-energy forward osmosis (FO) technology has been employed in the lithium concentration stage during the extraction of lithium from brine sources. The interlayer FO membrane is renowned for its exceptional structural characteristics; however, challenges remain in selecting suitable interlayer materials and exploring their control mechanisms on amine monomers. As interlayer materials, traditional 3D nanomaterials are prone to detachment, while traditional 2D materials without micropores can increase the transmission resistance of water molecules. This study introduces a novel FO membrane utilizing Zr-BTB nanosheets with 5.4 Å micropores as the interlayer material. Based on detection and simulation calculations, it was found that the increase in steric hindrance and interaction forces jointly slowed the diffusion of amine monomers in the presence of the Zr-BTB interlayer. This results in a thinner separation layer, facilitating water transport. The interlayer also plays crucial roles in preventing defective pore formation in the separation layer and assisting in intercepting salt ions. The Zr-BTB interlayer membrane exhibited a water flux of 29.14 L·m-2·h-1 and a reverse salt flux of 0.16 g·m-2·h-1, which are superior to those of many FO membranes reported in the field. The prepared membrane also has excellent performance in lithium concentration applications, and its separation mechanism was explored by MD simulations.