Enhancing Nanofiltration Selectivity of Metal–Organic Framework Membranes via a Confined Interfacial Polymerization Strategy

纳滤 界面聚合 渗透 聚酰胺 化学工程 聚合 金属有机骨架 单体 材料科学 生物污染 氯化物 化学 高分子化学 聚合物 有机化学 吸附 渗透 生物化学 工程类
作者
Peng Cheng,Tongren Zhu,Xiaoping Wang,Kaiming Fan,Yanling Liu,Xiaomao Wang,Shengji Xia
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:57 (34): 12879-12889 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c03120
摘要

Development of well-constructed metal-organic framework (MOF) membranes can bring about breakthroughs in nanofiltration (NF) performance for water treatment applications, while the relatively loose structures and inevitable defects usually cause low rejection capacity of MOF membranes. Herein, a confined interfacial polymerization (CIP) method is showcased to synthesize polyamide (PA)-modified NF membranes with MOF nanosheets as the building blocks, yielding a stepwise transition from two-dimensional (2D) MOF membranes to polyamide NF membranes. The CIP process was regulated by adjusting the loading amount of piperazine (PIP)-grafted MOF nanosheets on substrates and the additional content of free PIP monomers distributed among the nanosheets, followed by the reaction with trimesoyl chloride in the organic phase. The prepared optimal membrane exhibited a high Na2SO4 rejection of 98.4% with a satisfactory water permeance of 37.4 L·m-2·h-1·bar-1, which could be achieved by neither the pristine 2D MOF membranes nor the PA membranes containing the MOF nanosheets as the conventional interlayer. The PA-modified MOF membrane also displayed superior stability and enhanced antifouling ability. This CIP strategy provides a novel avenue to develop efficient MOF-based NF membranes with high ion-sieving separation performance for water treatment.
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