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北师大贾志谦课题组混合基质渗透汽化膜研究获阶段进展

渗透汽化是一种新兴的液体分离技术,与传统精馏技术相比,具有能耗低、环境友好、操作简单等优点。近年来,混合基质渗透汽化膜受到广泛关注,而填料对混合基质膜(MMMs)的渗透汽化性能具有重要影响。北京师范大学化学学院贾志谦点击查看介绍课题组在MOFs和COFs混合基质渗透汽化膜方面开展了系列研究,取得了阶段性进展


在渗透汽化脱水膜方面,课题组采用甲酸、戊酸酐、庚酸酐对MIL-53(Al)-NH2进行表面功能化改性,制得MOFs/PVA混合基质膜用于渗透汽化分离92.5 wt%乙醇水溶液,发现随着MIL-53(Al)-NH2衍生物取代基疏水常数的降低,MMMs亲水性增加,水渗透系数提高。由于MIL-53(Al)-NHCOH较强的亲水性及其与PVA间较强的相互作用,其MMMs渗透通量与分离因子分别达到965 g m-2 h-1和13.1,与PVA空白膜相比分别提高了43%和138%(J. Membr. Sci., 2016, 507:72-80)。J. Membr. Sci. 主编Andrew L. Zydney教授认为“I think the paper will make a very nice contribution to the literature on the use of mixed matrix membranes for pervaporation.” J. Membr. Sci.审稿人认为“This is a high quality paper from well established authors. The work is interesting, since by controlling the hydrophilic character of the membrane, the pervaporation performances can be tuned. ”


通过改变Zr-MOFs的有机配体(1,4-苯二甲酸、2-羟基对苯二甲酸、2,5-二羟基对苯二甲酸、4,4'-联苯二甲酸),制得UiO-66、UiO-66-OH、UiO-66-(OH)2和UiO-67,用于制备MOFs/PVA混合基质膜,用于乙醇水溶液的渗透汽化脱水。当UiO-66-(OH)2负载量为2 wt%时,其MMMs渗透通量、分离因子、渗透分离指数(PSI)分别比PVA空白膜提高了16%、14%和32%,水渗透系数和分离系数分别提高了24%和10%,而溶胀度降低了28%(J. Chem. Technol. Biotech., 2019, 94 :973-981)。


在渗透汽化脱醇膜方面,制备了亚微米级且粒径分布窄的PAF-56,将其用于PAF-56/PDMS MMMs的制备。研究发现,在5 wt%正丁醇水溶液渗透汽化脱醇中,PAF-56/PDMS MMMs优先吸附正丁醇,PAF-56负载量小于4 wt%时,PAF-56/PDMS MMMs均呈反Trade-off效应。当PAF-56负载量相同时,随着PAF-56粒径的减小,MMMs的渗透通量与分离因子提高,呈现明显的尺寸效应, MMMs的渗透通量和分离因子分别比PDMS空白膜提高了66%和183%,溶胀度降低了48%(Microporous and Mesoporous Materials., 2019, 279:19-25)。


利用PAF-11/PDMS MMMs渗透汽化分离正丁醇/水,随着PAF-11质量分数的增加,其渗透通量和分离因子存在最大值,在PAF-11质量分数在3%时,其分离因子比空白PDMS膜提高了40.7%,渗透通量比空白PDMS膜提高了10.8%(J. Chem. Technol. Biotech., 2018 , 93: 3276-328)。J. Chem. Technol. Biotech. 审稿人认为“It is an interesting work since the PAFs was firstly utilized for alcohol perm-selective pervaporation.”


在 COF-LZU1/PDMS MMMs中,当COF-LZU1负载量小于 2 wt%时,均呈现明显的反Trade-off效应,MMMs的渗透通量与分离因子分别比空白膜提高了235%和60%Separation and Purification Technology, DOI: 10.1016/j.seppur.2019.116406)。为了提高COFs分散性,首次利用原位生长法制备了COF-LZU1/PEBA MMMs,与传统方法相比,原位生长法制备的MMMs呈现出优异的分散性能和脱醇性能(J. Membr. Sci., 2019, 581:1-8)。J. Membr. Sci.审槁人认为“The research work may provide a relatively new way for the preparation of COF-based MMMs.”


另外,课题组发表混合基质渗透汽化膜评述论文2篇(Microporous and Mesoporous Materials., 2016, 235:151-159;Desalination and Water Treatment., 2019, 160, 65-70),应邀撰写国外专著1章(Metal Organic Frameworks,edited by Vikas Mittal,  Central West Publishing, Australia, 2019)。上述工作得到了多个刊物评述论文的详细引用(Chem. Soc. Rev., 2016, 45, 2378-2395; Adv. Mater., 2016, 28, 7862-7898; Carbon, 2016, 109, 694-710; Ind. Eng. Chem. Res., 2016, 55, 4803-4810)。


导师介绍

贾志谦

https://www.x-mol.com/university/faculty/8950


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