北理工在MOF膜用于高效水凈化領(lǐng)域取得重要進展
發(fā)布日期:2019-10-08 供稿:化學(xué)與化工學(xué)院 攝影:化學(xué)與化工學(xué)院
編輯:秦月 審核:周明宇 閱讀次數(shù):圖1 TIPS-HoP方法制備MOF PE MMMs工藝示意圖
近日,國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》(Nature Communications)報道了北京理工大學(xué)王博研究團隊在超高MOF擔(dān)載量膜用于高效污水凈化的研究成果,題目為“Membrane adsorbers with ultrahigh metal-organic framework loading for high flux separations”,。該工作第一單位為北京理工大學(xué),,通訊作者為北京理工大學(xué)王博和馮霄,,第一作者為化學(xué)與化工學(xué)院博士研究生王航,、趙爽以及碩士生劉藝。 原文鏈接為https://www.nature.com/articles/s41467-019-12114-8,。
水凈化作為最重要的分離過程之一,,對于解決全球日益關(guān)注的水資源短缺和質(zhì)量問題至關(guān)重要,開發(fā)可用于高效污水處理的膜分離材料有望大幅降低能耗和成本,。
具有高孔隙率和易功能化修飾的金屬有機骨架(MOFs)材料可以實現(xiàn)高效的小分子污染物的吸附,。但是,MOF膜材料的制備非常困難:大面積連續(xù)MOF分離層難以制備,,且存在著易碎,、易粉化等問題;MOF/聚合物混合基質(zhì)膜(MMMs)則面臨著MOF負載量低(通常低于30%)導(dǎo)致的吸附能力和水通量有限的問題,,而提高MMMs中MOF擔(dān)載量則會導(dǎo)致嚴重的相分離和膜機械性能的大幅下降,。
該研究團隊報道了一種熱致相分離-熱壓法(TIPS-HoP)聯(lián)用策略可以實現(xiàn)對輥連續(xù)生產(chǎn)高擔(dān)載量、柔性MOF基混合基質(zhì)膜(負載量高達86 wt%),。研究者借助工業(yè)生產(chǎn)中成熟的TIPS技術(shù)將MOF分散到熔融態(tài)的高密度聚乙烯/超高分子量聚乙烯/液體石蠟中,,繼而將得到的混合物降溫并對輥熱壓,洗掉液體石蠟(造大孔),,得到了10種不同的MOFs基MMM膜。少量的超高分子量聚乙烯就可以將大量MOF顆粒編織,、連接成柔性薄膜,,而MOFs顆粒之間的空隙與MOFs中固有納米尺寸空腔的通道可以使其同時實現(xiàn)高通量和高選擇性的吸附式去除水體污染物。以NH2-UiO-66/MIL-100(Cr) PE MMM為例,,在相同的過濾方式下(錯流模式,、污染物濃度、再生過程)其通量比商用超濾膜提升了4倍,,并表現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)使用性能,。同時,利用此方法選擇不同功能的多孔材料制備的混合基質(zhì)膜還可以實現(xiàn)高效的手性分離以及相似大小的蛋白質(zhì)分離,。
圖2 MOF PE MMMs膜分離性能
通過TIPS和熱壓方法(TIPS-HoP)相結(jié)合可以實現(xiàn)制備具有良好機械性能的大面積超高功能多孔材料擔(dān)載量(例如共價有機框架材料,、活性炭,、分子篩等)的分離膜,具有很好的普適性以及實際生產(chǎn)價值,,有望應(yīng)用于水處理,、氣體分離、手性分離等多個應(yīng)用領(lǐng)域,。
附作者簡介:
王博,,特聘教授,前沿交叉科學(xué)研究院執(zhí)行院長,。國家杰出青年基金獲得者,,國家萬人計劃領(lǐng)軍人才,科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才,。獲“中國化學(xué)會青年化學(xué)獎”?,F(xiàn)任國際IZA學(xué)會MOF Commission常務(wù)理事,中國化學(xué)快報和中國化學(xué)學(xué)報等雜志編委,。研究方向主要涉及無機有機多孔骨架材料及成膜研究,,在大氣治理、污染物濾除和降解,、儲能等領(lǐng)域開展系列研究工作,。已在Nature、Science,、JACS,、Angew.等學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表60余篇論文,SCI他引超過7000次,??諝鉃V膜等技術(shù)已經(jīng)與相關(guān)企業(yè)合作,實現(xiàn)了規(guī)?;慨a(chǎn)與工業(yè)化應(yīng)用,。
馮霄,國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者,。研究方向主要為共價有機框架材料等晶態(tài)多孔材料的構(gòu)效關(guān)系研究及其在膜分離等領(lǐng)域的應(yīng)用研究,。以第一或通訊作者發(fā)表包括5篇JACS、6篇Angew等30余篇論文,,SCI他引五千余次,。
團隊主頁:http://bowang.bit.edu.cn/index.html
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