界面聚合原位构筑高通量含MOF混合基质纳滤膜研究

Although nanofiltration technology has great potential in various fields such as environmental protection and biopharmaceuticals, the relatively low permeance of currently available nanofiltration membrane limits its wide applications. In this study, the hydrophilic monomers and highly stable UiO-type MOF are elegantly combined to in-situ synthesis high flux mixed matrix nanofiltration membranes via interfacial polymerization, which can be used in both aqueous and organic solvent systems. The various types of amino-functional PEG or PEI are utilized to react with TMC during interfacial polymerization, and the different organic ligands, metal salts and additives are investigated for controlling the particle size, pore size and surface functional groups of MOF. The effects of MOF distribution strategies, addition methods, and in-situ interfacial polymerization conditions on the performance of novel nanofiltration membranes will be disclosed based on the permeance, rejection, and other tests. The reaction mechanism and the improved membrane performance will be verified by comprehensive physicochemical characterizations. Furthermore, the antibiotic separation performance of novel mixed matrix nanofiltration membranes will be explored toward practical applications. Theoretically and practically speaking, this study will have great impact on promoting the rapid development of nanofiltration technology.

纳滤技术在环保、生物制药等领域具有广阔的应用前景，但现有纳滤膜较低的渗透通量制约其更为广泛的应用。本项目率先结合亲水性反应单体和高稳定性UiO (University of Oslo)系列金属有机骨架（MOF）材料进行界面聚合原位合成制备可用于水及有机溶剂体系分离的高通量混合基质纳滤膜。采用系列不同构型及分子量的端氨基聚乙二醇（PEG）和聚乙烯亚胺（PEI）亲水性单体与均苯三甲酰氯（TMC）进行界面聚合，改变有机配体、无机金属、添加剂等条件控制UiO系列MOF粒径、孔径大小和表面官能团种类，通过渗透通量、截留率等测试阐明MOF分散方法、添加量及原位聚合条件等因素对新型混合基质纳滤膜性能的影响规律。同时，利用系统的物理化学表征揭示新型纳滤膜合成机理及性能提升机制。进一步探索新型混合基质纳滤膜在抗生素分离上的应用潜力，为我国纳滤膜技术的高速发展提供理论与实践基础，具有积极的科学意义和实用价值。

本工作利用亲水性反应单体和高稳定性金属有机骨架（MOF）材料并采用界面聚合原位合成等方法制备可用于用于染料等小分子物质的分离纯化的高性能纳滤膜。 .考察界面聚合条件对复合纳滤膜性能的影响，确定其结构性能之间关系及界面聚合制备聚乙二醇基复合纳滤的工艺。采用聚醚砜作为基膜，采用端氨基聚乙二醇作为水相单体通过界面聚合法制备了聚乙二醇基复合纳滤膜，考察不同聚合条件对所制备的聚乙二醇基复合纳滤膜的性能的影响，采用SEM、FT-IR、XPS、Zeta电位、接触角等表征手段揭示MPDA/TMC复合纳滤膜与聚乙二醇基复合纳滤膜的物理、化学性质进行表征，通过截留率与通量等测试优化纳滤分离条件。 . 在前期优化实验的基础上，通过水稳定性MOFs内孔并利用界面聚合作用制备 PA选择性的薄层来提高膜的渗透性能。通过合理选择有机配体和后合成交换，在MOFs和PA链之间有相互作用，来确保MOF在PA选择性层中均匀分散.在所有UiO系列MOF的研究中，内部孔径(0.6−1.0 nm)的UiO-66 MOFs最有利于提高水渗透率,提高率为84%(通量值15.4 L m−2 h−1 bar−1)， 同时能提高甲基蓝的截留率(100%)和药品阿奇霉素的截留率(97.6%)。最重要的是，在长期连续运行的情况下，PA/UiO-66复合膜的水渗透率比原始PA膜高200%，显示出良好的抗压实性能。综上所述，加入UiO-66 MOFs的 PA膜是提高各种分离性能的选择，其中包括浓化有机溶剂、净化溶剂或水，以及循环有机溶剂。. 通过本课题两年的研究共发表负责人作为通讯作者SCI文章16篇，其中1篇评为ESI热点论文（前千分之一）、3篇评为ESI高引论文（前百分之一）。获得负责人为第一发明人授权中国发明专利5项。