Covalent organic framework membranes modified by end-capping monomers for organic solvent nanofiltration

纳滤 共价键 单体 共价有机骨架 渗透 溶剂 化学 堆积 苯胺 高分子化学 分子 甲基蓝 多孔性 罗丹明B 甲醇 化学工程 有机化学 材料科学 催化作用 聚合物 渗透 工程类 生物化学 光催化
作者
Siqi Wu,Jianhua Qiu,Jiakai Wang,Li Wang,Chuyang Y. Tang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier]
卷期号:703: 122854-122854
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2024.122854
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) with excellent solvent stability, high porosity, and well-designed pore size, are competitive candidates for organic solvent nanofiltration (OSN). To manipulate their structures, pre-synthetic and post-synthetic modifications are commonly used. Nevertheless, pre-synthetic modifications may alter the stacking fashion of COF nanosheets; post-synthetic modifications are constrained by limited pre-functionalities and can hardly achieve complete conversion. In contrast, defect engineering is a facile method to modify the structure of COFs through defects generated by the breakage of linkages or the usage of end-capping molecules. In this study, we adopted defect engineering to improve the OSN performance of TpPa-COF membranes constructed of 2,4,6-triformylphloroglucinol (Tp) and p-phenylenediamine (Pa) monomers with end-capping molecules—aniline (An). The membrane synthesized with 30 percent of An molecules (TpPaAn-30/HPAN membrane) maintained a continuous COF layer with a thickness of ∼20 nm but lower density or more free channels, compared to the control membrane. The optimized TpPaAn-30/HPAN membrane had improved permeance for various organic solvents (e.g., 31.8 L m-2 h-1 bar-1 for methanol, fourfold of the control membrane) but maintained rejection towards methyl blue (>90%). It also allowed the passage of rhodamine B but blocked methyl blue when filtrating a mixed-dye methanolic solution. Herein, the usage of end-capping monomers is proven to be an efficient method to introduce transport channels and improve the separation performance of COF membranes.
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