(3-Aminopropyl) Triethoxysilane-Modified ZIF-90 Nanoparticle/Polydimethylsiloxane Mixed Matrix Membranes for Ethanol Recovery via Pervaporation

渗透汽化 三乙氧基硅烷 聚二甲基硅氧烷 渗透 乙醇 化学工程 材料科学 纳米颗粒 基质(化学分析) 色谱法 有机化学 化学 纳米技术 生物化学 工程类
作者
Zhentong Han,Yaxin Zhao,Haoji Jiang,Ao Sheng,Hao Li,Jia Hao,Zhiyuan Yun,Zhong Wei,Heyun Wang
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (1): 183-194 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsanm.1c02523
摘要

The present study eliminated nonselective defects by amending the MOF-based mixed matrix membrane (MMM) interface with (3-aminopropyl) triethoxysilane (APTES) via Schiff's base reaction. This modification on the ZIF-90 nanoparticle surfaces enhanced the polydimethylsiloxane (PDMS) matrix interaction in the MMMs. Interfacial defects were then minimized through APTES-ZIF-90 nanoparticle surface alkoxy and PDMS chain hydroxyl group cross-linking. Enhanced chemical interactions between the nanoparticles and the polymeric matrix in the APTES-ZIF-90/PDMS MMMs resulted in higher interface compatibility and separation performance than the ZIF-90 nanoparticle MMMs, which ultimately improved its ethanol affinity and hydrophobicity. When the load of APTES-ZIF-90 nanoparticles was 15% and the temperature was 40 °C, the pervaporation performance of APTES-ZIF-90/PDMS MMMs was optimal, the separation factor was 16.8, and the permeation flux was 223 g/(m2·h). Compared with pure PDMS, the separation factor and permeation flux increased by 91 and 67%, respectively. In addition, stable APTES-ZIF-90/PDMS MMM pervaporation performance was observed after an optimal operation time of 120 h. Overall, the present work presented methods to optimize MOF-based MMMs for enhanced interface morphology and separation performance for ethanol recovery.

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