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  近年來，有機(jī)金屬骨架膜（MOFs based membrane）被廣泛地應(yīng)用于水處理、食品、醫(yī)藥、生物能源等多個(gè)領(lǐng)域。其中，兼具M(jìn)OFs高效篩分性能和聚合物柔韌易加工特點(diǎn)的混合基質(zhì)膜受到廣泛關(guān)注。通過在多孔聚合物基膜內(nèi)原位生長(zhǎng)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(zhì)膜的分離性能。盡管UiO-66-NH₂因其良好的水穩(wěn)定性而廣泛用于水處理，但由于其合成條件涉及極性非質(zhì)子溶劑及高溫等苛刻條件，使得在常規(guī)多孔聚合物基膜內(nèi)生長(zhǎng)UiO-66-NH₂制備混合基質(zhì)膜一直存在挑戰(zhàn)。

  近日，浙江師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院林紅軍教授課題組提出了一種在室溫下常規(guī)多孔聚合物基膜內(nèi)原位生長(zhǎng)UiO-66-NH₂制備MOFs混合基質(zhì)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(zhì)膜。該過程在室溫下就可以進(jìn)行，無需使用DMF等極性非質(zhì)子性溶劑，對(duì)各種常規(guī)多孔聚合物基膜均可適用。優(yōu)化后的混合基質(zhì)膜的純水通量達(dá)到了209.5 L bar^-1 h^-1 m^-2，同時(shí)對(duì)剛果紅等小分子的截留率超過99.5%。此外，該復(fù)合膜在長(zhǎng)達(dá)5天的連續(xù)過濾及多次超聲處理后均沒有明顯的性能變化，表現(xiàn)出優(yōu)異的水穩(wěn)定性及機(jī)械穩(wěn)定性。

圖1. 室溫下PES超濾基膜內(nèi)原位生長(zhǎng)UiO-66-NH₂制備混合基質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)膜分離性能。

  該成果以標(biāo)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(fā)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(lián)合通訊作者。該成果受到國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江科學(xué)自然科學(xué)基金及浙江省教育廳高校專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革專項(xiàng)基金等項(xiàng)目資助。

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