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  近年來，有機金屬骨架膜（MOFs based membrane）被廣泛地應用于水處理、食品、醫藥、生物能源等多個領域。其中，兼具MOFs高效篩分性能和聚合物柔韌易加工特點的混合基質膜受到廣泛關注。通過在多孔聚合物基膜內原位生長MOFs晶體，可以有效減少兩種材料間的界面缺陷，提高混合基質膜的分離性能。盡管UiO-66-NH₂因其良好的水穩定性而廣泛用于水處理，但由于其合成條件涉及極性非質子溶劑及高溫等苛刻條件，使得在常規多孔聚合物基膜內生長UiO-66-NH₂制備混合基質膜一直存在挑戰。

  近日，浙江師范大學地理與環境科學學院林紅軍教授課題組提出了一種在室溫下常規多孔聚合物基膜內原位生長UiO-66-NH₂制備MOFs混合基質膜的方案。將聚醚砜（PES）基膜浸漬在ZrCl₄的乙醇/甲酸溶液中，再將該膜浸泡在NH₂-BDC的乙醇/甲酸/水溶液中，即可在PES膜孔及表面原位生成UiO-66-NH₂納米顆粒，得到UiO-66-NH₂/PES混合基質膜。該過程在室溫下就可以進行，無需使用DMF等極性非質子性溶劑，對各種常規多孔聚合物基膜均可適用。優化后的混合基質膜的純水通量達到了209.5 L bar^-1 h^-1 m^-2，同時對剛果紅等小分子的截留率超過99.5%。此外，該復合膜在長達5天的連續過濾及多次超聲處理后均沒有明顯的性能變化，表現出優異的水穩定性及機械穩定性。

圖1. 室溫下PES超濾基膜內原位生長UiO-66-NH₂制備混合基質膜并用于分子分離示意圖。

圖2. 不同ZrCl₄濃度下得到的混合基質膜的紅外譜圖、X射線衍射譜圖及孔徑分布圖。

圖3. 不同ZrCl₄濃度下得到的混合基質膜表面掃描電鏡及原子力顯微鏡圖片。

圖4. UiO-66-NH₂/PES混合基質膜分離性能。

  該成果以標題為“In-situ growth of UiO-66-NH₂ in porous polymeric substrates at room temperature for fabrication of mixed matrix membranes with fast molecular separation performance”發表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2022.134804)上。課題組碩士研究生李志文為該論文的第一作者，林紅軍教授和徐艷超副教授為該文章的聯合通訊作者。該成果受到國家自然科學基金、浙江科學自然科學基金及浙江省教育廳高校專業學位研究生培養模式改革專項基金等項目資助。

  原文連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722003114