北師大共價有機框架膜研究取得進展

　　共價有機框架化合物（COFs）作為新型有機多孔材料，在氣體分離、光電、催化等領域廣受關注。將COFs制成薄膜材料，可用于膜分離、光電、傳感、能量存儲等領域，具有重要研究價值。北師大化學學院賈志謙課題組在共價有機框架膜方面開展了系列探索研究，取得了階段進展。

　　采用計量噴涂層層自組裝方法制備了COF-LZU1膜。通過交替噴涂均苯三甲醛和對苯二胺的1,4-二氧六環溶液至PAN基膜上，制得COF-LZU1復合膜，用于染料/水體系的分離，研究了乙酸濃度、自組裝層數、反應溫度及單次負載量對膜通量及截留率的影響。研究表明，隨著酸度的增加，反應速度加快，粒子粒度逐漸減小，膜表面趨于致密光滑，截留率增加。隨著組裝層數增加，PAN基膜表面孔被完全覆蓋，通量減小，截留率增加。而隨著反應溫度的升高，溶劑二氧六環揮發速度增加，不利于形成均一致密COF-LZU1層。COF-LZU1復合膜對水溶性苯胺藍的截留率大于99%，通量約為407.6 L m2 h-1 MPa-1，對其它幾種染料的截留率也均在90%以上，且膜在超聲條件下也比較穩定，長期運行性能良好（Chemical Communications, 2020，56，419-422；Journal of Nanoparticle Research 2020, 22，270）。審稿人認為“This manuscript presents an interesting work on synthesis of COF membranes using a stoichiometric layer-by-layer spraying technique.”

　　采用化學氣相沉積法制備了COF-TpPa1膜。同時蒸發對苯二胺和三醛基間苯三酚固體，通過化學氣相反應在改性的PVDF基膜上制得COF-TpPa1膜，研究了蒸發溫度、蒸發時間、抗氧化劑量、PVDF基膜孔徑對膜通量及截留率的影響。結果表明，隨著加熱溫度的升高（180-240 ℃），反應單體由固態升華為氣態的速率增加，反應物分壓提高，氣相反應、成核生長和沉積的速率提高，截留率增加。隨著蒸發時間的增加，膜表面孔隙明顯減少。隨著基膜孔徑的減小，復合膜對染料的截留率增加而通量下降。膜對羅丹明B的截留率為96.37%，通量為 458.60 L m-2 h-1 MPa-1，而對無機鹽離子截留率較低，可用于純化含鹽的染料產品（Chemical Engineering Journal 2021，421，129750）。審稿人認為“It is an interesting and facile method and the membrane also exhibited good rejection for dyes with good stability.”

　　另外，采用蒸發/噴涂層層自組裝方法制備了COF-LZU1膜（Journal of Materials Science, 2020，55，14817-14828）；采用原位生長法在改性PVDF膜上制備了PAF-56膜，具有優異的染料截留率和較高水通量以及良好的耐有機溶劑性能（Separation and Purification Technology 2022，280，119845）。上述工作已獲得2項國家發明ZL授權。