Covalent Organic Framework Membrane with Angstrom Discrimination in Pore Size for Highly Permselective Ionic Liquid Nanofiltration

纳滤 化学工程 表面电荷 聚酰胺 共价有机骨架 离子液体 离子键合 化学 材料科学 共价键 高分子化学 有机化学 离子 物理化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Shuaiqi Gao,Linlin Guo,Wenliang Wan,Zhiyong Li,Huiyong Wang,Shuangjiang Luo,Jianji Wang
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (44): 15910-15918 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c04167
摘要

Recycling water-soluble ionic liquids (ILs) from dilute aqueous solutions using nanofiltration membranes has garnered substantial attention due to the potential environmental impact and relatively high cost associated with ILs, which limit sustainable development. However, conventional polyamide nanofiltration membranes exhibit less attractive separation performance, limiting their widespread adoption. In this study, we present, for the first time, a series of covalent organic framework (COF) membranes designed with angstrom-level pore size discrimination and highly tunable charge distribution on the membrane surface for the nanofiltration of water-soluble IL at a concentration of 0.05 mol L–1. These COF membranes demonstrate exceptional IL rejection rates (>90%) and outstanding cycling stability by combining precisely controlled pore size and a negatively charged membrane surface. Mechanistic studies reveal that angstrom-level pore size discrimination enhances the molecular sieve process, and the tunable surface charge distribution enhances electrostatic repulsion. Furthermore, the remarkable nanomechanical properties of the COF membranes ensure their durability. This work underscores the feasibility of engineering the pore size and charge properties of COF membranes at the molecular level to achieve high-performance IL nanofiltration.
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