哈工大邵路團隊《Materials Today》:高效、低能耗納濾膜

2020-12-05 網易新聞

近日，哈爾濱工業大學化工與化學學院教授、英國皇家化學會會士、城市水資源與水環境國家重點實驗室成員邵路團隊將天然綠色材料（葡萄糖，PDA和Zr-MOF）結合使用，克服了大多數天然材料成膜後具有低化學穩定性和低分離性能問題，成功製備出了高效、低能耗的納濾膜。

天然材料

圖1 超薄複合膜的選擇層(PDA、glucose和MOF)和多孔基質，選擇層厚度214nm

他們利用聚多巴胺粘附作用，並利用自然界分布最廣且最為重要的單糖葡萄糖作為多羥基醛協同界面反應構築葡萄糖/TMC/PDA/MOF納米材料一體化「綠色」選擇層，其中MOF材料中的金屬離子通過有機連接劑分子結合在一起在選擇層上形成高度多孔的結構。

研究者加入一種金屬有機框架（MOF）多孔材料，由於其特殊的孔隙率，極大地增強了液體在選擇層的滲透。

圖2 （a）Uio-66和Uio-66-NH2的化學結構（b）葡萄糖與UiO-66-NH2 MOF分子動力學模擬圖

葡萄糖優先與UiO-66-NH 2的-NH 2相互作用形成三個氫鍵，通過葡萄糖與TMC和PDA之間形成共價鍵使複合膜具有非凡的穩定性同時利用葡萄糖分子改善分離層的親水性和調節表面電荷並提高分離性能。特殊界面反應形成的超薄納米複合選擇層可快速、高效、低壓（低能耗）地分離水體和有機溶劑體系中的汙染物。

圖3（a）PDA-glucose, PDA-glucose/UiO-66, PDA-glucose/UiO-66-NH2複合膜乙醇和丙酮滲透通量及RB截留率(藍色空心圓圈待料乙醇，紅色空心圓圈代表丙酮), (b) ) PDA-glucose, PDA-glucose/UiO-66, PDA-glucose/UiO-66-NH2複合膜滲透通量及鹽截留率

研究者還展示出較長時間的運行穩定性。該研究的意義在於為先進膜材料開發及其在環境能源等領域的廣泛應用建立了新的設計平臺，大力推動自然資源在「綠色」分離膜構築上的前瞻性探索。 該研究成果受到國際媒體關注並刊發特別追蹤報導。

參考文獻

Zhang, Y., Cheng, X., Jiang, X., Urban, J. J., Lau, C. H., Liu, S., & Shao, L., Robust natural nanocomposites realizing unprecedented ultrafast precise molecular separations. Materials Today, 2020 DOI：10.1016/j.mattod.2020.02.002

全文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702120300389

報導連結：

https://www.materialstoday.com/polymers-soft-materials/news/naturally-inspired-green-membranes-clean-up/

來源：高分子科學前沿

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