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【材料】J. Hazard. Mater.：氟功能化共价有机框架过滤膜的构建及多功能油/水分离研究

时间：2023-08-15 来源： 浏览：

【材料】J. Hazard. Mater.：氟功能化共价有机框架过滤膜的构建及多功能油/水分离研究

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由于人类日常活动和工业生产（例如石化、油脂化学和冶金）过程中产生的油水越来越多，油水分离技术越来越受到人们的关注。此外，在过去的几十年中，石油意外泄漏和工业有机污染物的排放已造成了巨大的环境破坏和经济损失。尽管混凝-絮凝、撇油和吸附等常规方法被广泛用于油水分离，但它们存在二次污染、分离效率低和再生问题。膜分离技术以其成本低、环境友好、操作简便等特点显示出巨大的应用前景。因此，开发高效的油水分离膜迫在眉睫。
近期， 福州大学林子俺 研究员联合 香港浸会大学Zongwei Cai 教授课题组通过 在织物基底上均匀引入海胆状的氟功能化共价有机框架（COFs）分层微/纳米颗粒，制备了一种具有超浸润性的过滤膜（fabric@u-FCOF）用于高效油水分离 （图1）。相关成果发表在国际学术期刊 Journal of Hazardous Materials 上。

图1. Fabric@u-FCOF用于油水分离示意图。
本文以织物为基底，HAc作为催化剂，使醛单体（TFTA）和胺单体（TAPB）在织物骨架上发生希夫碱反应，添加苯胺以获得缓慢的均相反应，从而使u-FCOF均匀地修饰在织物上（图2）。所制备的fabric@u-FCOF具有超疏水性，表面的水接触角为151.6°（图3a），且与水之间存在超低粘附性（图3b），但对异辛烷等典型溶剂具有亲油性（图3c）。

图2. Fabric@u-FCOF的制备示意图。

图3.（a）不同时间点fabric@u-FCOF上的水滴状态；（b）水滴在fabric@u-FCOF表面上的动态接触过程；（c）异辛烷液滴在fabric@u-FCOF上的动态润湿行为。
将fabric@u-FCOF用于不混溶油/水混合物分离测试。其对6种混合物的分离效率最高可达99.4%，油通量为16946 L• m -1 • h -2 。经10次油水分离循环实验中，分离性能基本保持不变，通量维持在14000 L• m -1 • h -2 以上（图4）。

图4. Fabric@u-FCOF过滤不同油水混合物的分离效率和通量。
将fabric@u-FCOF用于油包水乳状液分离测试。用光学显微镜观察到，乳状液的母液中含有许多水滴，而滤液中未观察到水滴。其对甲苯包水和异辛烷包水乳状液的分离效率分别高达99.95 %和99.74 %。在10次循环分离实验后，其对甲苯包水乳状液的分离效率仍高于99.76 %，通量维持在1097.6 L• m -1 • h -2 以上（图5）。本研究的目的是为含油废水处理和环境保护方面提供一种新的候选过滤膜。

图5. Fabric@u-FCOF过滤油包水乳状液的分离效率和通量。
该研究工作得到了山东省科技创新重大专项（2021CXGC010705）和国家自然科学基金（22036001、22274021和21974021）的资助，作者在此表示感谢！
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Urchin-like fluorinated covalent organic frameworks decorated fabric for effective self-cleaning and versatile oil/water separation
Yixin Yang, Jinghan Dong, Ran Wang, Zian Lin* and Zongwei Cai*
J. Hazard. Mater. , 2023 , 459 , 132149, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.132149
研究团队简介
林子俺 研究员/博导，福州大学化学学院副院长、福州大学食品安全与生物分析教育部重点实验室副主任。迄今，以第一作者或通讯作者在包括 J. Am. Chem, Soc., Adv. Mater., Mass Spectrom. Rev., Anal. Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, Chem. Commun., J. Hazard. Mater., ACS Sustain. Chem. Eng., 等国际权威刊物上发表SCI论文120 余篇，申请中国发明专利 17 项（已获授权 13 项）。
https://www.x-mol.com/groups/lin_zian
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