来源:高分子科学前沿
随着纺织印染、制药等领域的快速发展,有机溶剂的使用和排放量越来越大。为了节约资源和实现可持续性发展,人们开始聚焦于溶剂回收。新兴膜分离技术由于过程中不发生相变、耗能低等优势逐渐取代传统的溶剂提取方法,特别是能够在有机溶剂中稳定运行的耐溶剂纳滤(OSN)技术。然而,渗透通量和分离性能的相互制约(Trade-off)一直是OSN技术的瓶颈。该工作对CCMs、加入UiO-66的共轭纳米多孔膜(U-CNMs)和SPA-CNMs进行了表面性质的研究。如图2所示,引入UiO-66-SPA纳米粒子后能够大幅度提升CNMs对于溶剂的亲和性,特别是对于极性溶剂的亲和性,对于乙醇的吸附提升了3330%。此外,SPA链与PPy链相互缠绕不仅固定更多的纳米粒子,而且使得CNMs的稳定性得以提升,其在溶剂中的溶胀度不足8%。图3. 膜分离性能和机制探究
基于上述的表面性质,探究了膜的渗透和分离性能并且揭示了渗透性能提升的机制。如图3所示,引入UiO-66-SPA纳米粒子之后使得CNMs膜对于极性和非极性溶剂的通量提升,此时对于乙醇的通量可以高达53.9 L m-1 h-1 bar-1,对己烷的通量更是高达172.9 L m-1 h-1 bar-1。此外,SPA-CNMs对结晶紫的截留率高达94%,这也证明其截留分子量小于400 Da。最后,作者通过通量与溶剂参数的数据拟合证明了膜渗透性能提升的原因主要是UiO-66-SPA的引入增强了膜与溶剂的亲和性。
Polyelectrolyte Grafted Metal-organic Frameworks Enable Conjugated Membranes for Ultrafast Molecular Separations, Jun Hui Huang, Xi Quan Cheng*, Yingjie Zhang*, Kai Wang, Heng Liang, Peng Wang, Jun Ma, Lu Shao*, cell reports physical science 2020, DOI:10.1016/j.xcrp.2020.100034
文章链接:
https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30024-2
来源:Polymer-science 高分子科学前沿
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