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