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北京理工大学赵之平教授团队在金属有机框架纳米片分离膜方面取得进展

2024/04/18


图 (A) SEEDS/PVDF的表面SEM图像;(B) MOF-NS/PVDF的表面SEM图像;(C) PDMS/MOF-NS/PVDF的表面SEM图像;(D) MOF-NS纳米片的晶体结构(HR-TEM图像和传质通道);(E) MOF-NS/PVDF膜经PDMS滴涂修复后的表面水接触角;(F) PDMS/MOF-NS/PVDF膜的乙醇-水分离性能

  在国家自然科学基金项目(批准号:21736001)资助下,北京理工大学赵之平教授团队在金属有机框架(MOF)纳米片分离膜方面取得新进展,相关研究成果以“高柔性超疏水MOF纳米片膜实现超快醇-水分离(Highly flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation)”为题,于2022年10月21日在《科学》(Science)上发表。论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5680。

  分离过程是化学工业中能耗、投资、成本最集中的环节,在能源、环境、食品和生物医药等领域也同样不可或缺。渗透汽化膜分离比传统分离技术节能30~60%,在支撑我国可持续发展和实现“双碳”目标过程中发挥着重要的作用。突破分离膜在渗透性和选择性之间存在的“trade-off”博弈效应,研发高性能分离膜是膜科学技术领域的重要命题。赵之平教授团队提出了一种在聚偏氟乙烯(PVDF)基底中包埋ZIF-8晶种(SEEDS)进而通过表面晶体诱导生长法精确构筑MOF纳米片(MOF-NS)膜的构想,并以聚二甲基硅氧烷(PDMS)修复纳米片间分子尺度的缺陷,在聚合物基底表面实现了高柔性超疏水MOF膜(PDMS/MOF-NS/PVDF)的层次构建,解析了纳米片的晶体结构及其内部的传质通道,揭示了PDMS与MOF-NS层在分离过程中的协同机制,制备了柔性MOF膜,为规模化制备和应用提供了理论依据和技术支撑。


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