Cationic covalent organic framework membranes with stable proton transfer channel for acid recovery

阳离子聚合 共价键 化学 共价有机骨架 离子交换 超滤(肾) 化学工程 高分子化学 聚丙烯腈 聚合物 有机化学 离子 色谱法 生物化学 工程类
作者
Chao Yang,Linxiao Hou,Jingjing Zhao,Zhikan Yao,Ge Li,Lin Zhang,Li’an Hou
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:428: 131124-131124 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131124
摘要

Diffusion dialysis (DD) based on the anion exchange membranes (AEMs) is considered as a promising technology for acid recovery. Two-dimensional (2D) cationic covalent organic frameworks (COF) with uniform pores and intrinsic cationic-type skeleton structures are excellent candidates for the synthesis of the AEMs. However, the sustaining of crystallinity and porosity in acid environments is still a key challenge for the existing COF, which severely restricts their applicability in the acid recovery. Herein, by introducing OH functionalities adjacent to the Schiff base centers, we synthesized the acid-stable cationic COF (DhaTGCl) layers with intralayer hydrogen bond on the surface of hydrolytic polyacrylonitrile (HPAN) ultrafiltration membrane. The strong electrostatic repulsion, endowed by cationic guanidine-based knots, as well as well-aligned proton channel, constructed by OH functionalities, rendered extremely high separation factor (S) of 4589 ± 684.2 for HCl recovery from HCl/FeCl2 solution. The membrane maintained high selectivity toward H+/Fe2+ after 10 cycles during DD process, while the one without OH degraded during cycling experiments. Our results imply that building the intralayer H-bonding interactions could be a promising approach for expanding the application of the COF membranes for acid recovery.
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