近日，2019级硕士研究生姚阿延在二维MOF应用于有机溶剂纳滤领域取得了新进展，相关研究成果以“Using Cu-TCPP Nanosheets as Interlayers for High-Performance Organic Solvent Nanofiltration Membranes”为题在线发表在ACS Applied Nano Materials期刊（IF: 6.140）。

 

  有机溶剂纳滤在石油化工、先进制药、食品工业以及精细化工等领域有着广泛的应用。然而，传统的分离工艺，如蒸馏、蒸发萃取以及吸附等，需要很高的资金和运营成本，同时也消耗大量的能源，并造成严重的环境问题。因此，开发更高效的技术来分离和回收有机溶剂就显得尤为重要。有机溶剂纳滤膜的种类繁多，其中在超滤基底上通过界面聚合反应制备的薄膜复合膜(TFC)一直是研究的热点。理想的TFC膜结构应由多孔的基底和超薄选择性层组成。而聚而酰胺膜的形成过程依赖于水溶液中的胺和有机溶液中的酰氯在超滤基底上的界面聚合反应。然而，这种TFC膜在长期的使用中容易存在膜的压实和物理老化以及固有的通量和截留之间的权衡效应等问题。这些固有的缺陷促使研究者们探索一种更有效的方法，即通过精确控制聚酰胺膜的厚度和纳米结构来制造TFC膜。

 

  金属-有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）由无机金属离子和有机配体组成，由于其可控制的孔径、多功能的表面化学、高比表面积和简单的合成过程等特点，已成为许多选择层中的纳米填充材料。近年来，MOFs被用来作为中间层来改善多孔衬底的表面性能，从而形成TFC膜，这是一种很有前途的制备超薄分离层的策略。

在本研究中，我们在水相使用混合胺单体（PEI和PIP）与离子液体（ILs）相中的酰氯(TMC)进行界面聚合反应，实现了在t-Cu-TCPP纳米片修饰的PVDF（0.22um）基底上制备了三明治结构的PVDF/t-Cu-TCPP/PA复合膜。设计并考察了MOF纳米片的形貌对膜的制备过程的影响以及t-Cu-TCP纳米片的负载量对纳滤性能的影响。研究发现，由于t-Cu-TCPP中间层为界面聚合反应提供了平滑连续的界面，我们在微孔PVDF基底上成功制备了无缺陷的TFC膜。实验结果表明，在保证良好截留的情况下，PVDF/t-Cu-TCPP/PA膜的通量与Cu-TCPP的含量呈火山型曲线规律。而且，最佳的PVDF/t-Cu-TCPP/PA膜能在保持对刚果红(696.7 Da)、亮蓝R (826.0 Da)、酸性红94 (1017.7 Da)和维生素B12 (1355.4 Da)等多种染料和药物的高效去除。同时，该膜在玫瑰红/乙醇分离中表现出良好的长期稳定性，在甲醇中卵磷脂的浓缩应用中表现出良好的分离性能。这些结果显示出该膜在药物浓缩和有机溶剂回收方面的良好潜力。

 

  综上所述，在复合膜的制备过程中，Cu-TCPP纳米片作为中间层，有利于后续的界面聚合反应。此外，Cu-TCPP中间层还可作为聚酰胺层与PVDF衬底之间的粘结剂，以提高其机械强度。本文为设计具有巨大工业应用潜力的OSN复合膜提供了一种简便的策略。

 

  该研究工作得到国家自然科学基金(No. 21808072)、福建省自然科学基金(No. 2019J01075)、厦门市青年创新基金(No. 3502Z20206009)、华侨大学科技创新基金(No. 3502Z20206009)等科研项目的资助。

 

全文链接：https://doi.org/10.1021/acsanm.2c04492