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Angew. Chem. :电化学界面聚合制备超薄COF膜用于浓盐水脱盐2023-04-19
膜分离技术以其绿色低碳等突出优势具有重要发展前景。高性能的膜材料是膜分离技术的核心,共价有机框架(COFs)是一类新兴的晶态多孔材料,具有长程有序孔道、拓扑和化学多样性以及理想的化学稳定性,有望在膜分离领域展现广阔的应用潜力。

制备超薄COF膜是提高分离性能的重要途经,然而广泛应用的界面聚合技术在超薄COF膜制备依然存在挑战。由于单体扩散与反应速率不匹配,膜厚度和膜缺陷常存在博弈效应,换言之,超薄和无缺陷常难以兼得。此外,通常条件下,COF膜需要足够的时间形成晶态结构,延长制备时间也容易导致膜厚度的增长。

近日,天津大学的姜忠义教授、潘福生研究员团队,以经典亚胺类COF为研究对象,通过电化学界面聚合的方式,制备出超薄、无缺陷TpPa膜,并应用于高效浓盐水脱盐。

 

 

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电化学过程中,氨基单体和酸形成中间体,并迁移至阴极处发生去质子化反应。由于电能的集中可控输入,单体受限于阴极表面处发生聚合反应,TpPa膜的聚合-结晶过程速率大幅提升,高结晶度TpPa膜可在4小时内制备完成。

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通过调控电压和反应时间可主动操纵电化学界面聚合过程中的自修复效应和自抑制效应。缺陷处高电流密度可诱导单体反应,修补缺陷;而已反应生成的TpPa会降低电流密度,抑制膜厚度继续增加。

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将所制备的TpPa膜应用于浓盐水(>7.5 wt% NaCl)脱盐,膜表现出很高的脱盐性能(通量92 kg m-2 h-1,脱盐率 99.96%.)和良好的运行稳定性(84 h)。对于有机污染物和生物污染物,TpPa膜仍能保持良好的脱盐效果,展现出实际应用潜力。

电化学界面聚合法适用于多种亚胺类COF膜的超薄化制备,表现出很好的普适性。本工作为界面聚合过程主动调控以及超薄无缺陷膜快速制备探索了新路径。

文信息

Electrochemical Interfacial Polymerization toward Ultrathin COF Membranes for Brine Desalination

Meidi Wang, Yutong Wang, Junyi Zhao, Jiyu Zou, Xu Liang, Ziting Zhu, Jiashi Zhu, Hongjian Wang, Yuhan Wang, Fusheng Pan, Zhongyi Jiang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202219084