基于金属有机框架的高通量薄膜纳米复合膜用于有机溶剂纳滤的研究分析

首页 > 行业动态 > 基于金属有机框架的高通量薄膜纳米复合膜用于有机溶剂纳滤的研究分析

摘要：
研究者通过原位界面聚合，在交联聚酰亚胺多孔支撑体上合成了含50-150nm MOF纳米颗粒（ZIF-8、MIL-53(Al)等）的薄膜纳米复合（TFN）膜。经多种表征证实MOF在聚酰胺（PA）层中分散，评估其有机溶剂纳滤性能发现，嵌入MOF后甲醇和四氢呋喃渗透率提升，截留率仍超90%，且渗透率随MOF孔径和孔隙率增大而提高，MIL-101(Cr)效果最优。

研究背景：
1.行业问题和研究现状：有机溶剂纳滤（OSN）需耐多种有机溶剂、长期性能稳定且高通量高截留率的膜；现有膜或通量有限（如聚酰亚胺不对称膜），或需优化结构（如薄膜复合膜），MOF用于液体分离研究滞后。
2.本文创新：首次将MOF作为填料用于TFN膜并用于OSN；选用交联PI P84为支撑体，控制MOF粒径适配膜厚，提升膜性能。

实验部分：
1.MOF合成：
- ZIF-8：硝酸锌与2-甲基咪唑溶于甲醇，150℃水热5h，离心洗涤干燥得粉末。
- NH₂-MIL-53(Al)：硝酸铝与2-氨基对苯二甲酸溶于DMF，130℃溶剂热3天，洗涤活化干燥。
- MIL-53(Al)：硝酸铝与对苯二甲酸溶于DMF，120℃溶剂热1天，后续处理同前。
- MIL-101(Cr)：氯化铬与对苯二甲酸混合，180℃微波30min，纯化干燥。
2.膜制备：
- PI支撑体：PI溶于DMF制纺丝液，流延、相转化、交联、PEG处理。
- TFC/TFN膜：界面聚合制备，TFN膜将MOF分散于有机相，还进行5种后处理。
3.性能测试：30bar、30℃下，用甲醇和THF，以苯乙烯低聚物为溶质测试膜通量和截留率。

分析测试：
1.XRD：证实ZIF-8等MOF的晶体结构。
2.TGA：MOF热稳定，如ZIF-8等在一定温度范围稳定；水吸附实验显示MIL-101(Cr)吸水1.7g/g MOF，ZIF-8仅0.1g/g MOF。
3.BET：ZIF-8比表面积1410m²/g，MIL-101(Cr)达2306m²/g，孔径1.6/3.4nm。
4.SEM/EDX/TEM：观察膜表面形貌，EDX检测到Cr（如谱图1含7.3wt% Cr），TEM显示PA-MOF层厚54±10nm。
5.接触角：TFC膜73±4°，嵌入亲水MOF后降低，如TFN-NH₂-MIL-53(Al)为49±2°。
6.OSN性能：TFN-MIL-101(Cr)（0.2%）甲醇/PS渗透率3.9L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹，THF/PS达10.0L·m⁻²·h⁻¹·bar⁻¹，截留率超90%。

总结：
1.主要研究结果：成功制备MOF-TFN膜，MIL-101(Cr)提升渗透率最显著，截留率稳定。
2.创新突破：MOF用于TFN膜并实现OSN应用，膜性能与MOF孔隙率正相关。
3.潜在意义：为高性能OSN膜提供新方向，可开发可调谐膜，推动相关行业分离技术发展。

High Flux Thin Film Nanocomposite Membranes Based on Metal−Organic Frameworks for Organic Solvent Nanofiltration
文章作者：Sara Sorribas, Patricia Gorgojo, Carlos Tellez, Joaquín Coronas, Andrew G. Livingston
DOI：10.1021/ja407665w
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja407665w

本文为科研用户原创分享用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。