Zr-Porphyrin Metal–Organic Framework-Based Photocatalytic Self-Cleaning Membranes for Efficient Dye Removal

光催化 罗丹明B 化学工程 甲基蓝 渗透 材料科学 阳离子聚合 金属有机骨架 卟啉 刚果红 吸附 催化作用 化学 光化学 高分子化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Peixia Zhao,Jing Wang,Xinwei Han,Jindun Liu,Yatao Zhang,Bart Van der Bruggen
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:60 (4): 1850-1858 被引量:71
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.0c05583
摘要

The self-cleaning ability and reusability of a membrane are critical in practical applications because they can severely affect the lifespan and the separation efficiency of the membranes. In this work, hydrophilic Zr-porphyrin metal–organic frameworks (MOFs) with different dimensions (2D or 3D) were embedded in the polyamide active layer to develop a self-cleaning membrane with enhanced separation performance. Zr-porphyrin MOF (3D) with excellent photocatalytic activity and uniform 1D open triangular channels can not only endow this membrane with visible-light photocatalytic ability for the degradation of organic dyes deposited on the membrane surface but also provide additional transport channels leading to a high membrane permeate flux. The optimum membrane exhibits a superior water permeate flux of 110.4 L m–2 h–1 (threefold higher than the pristine thin-film composite membrane) while maintaining very high dye rejection (close to 100%) for five dyes (anionic dyes: Congo red, Direct red 23, and Reactive Black 5 and cationic dyes: methylene blue and rhodamine B) and an outstanding photocatalytic degradation self-cleaning ability (the recovery of water permeate flux exceeds 97% after 4 cycles). Overall, this study may offer new inspiration for designing and tuning Zr-porphyrin MOF-based self-cleaning membranes with excellent dye removal ability.
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