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具有高选择性的双层COF-COF气体分离膜合成及其性能
北京化工大学化学工程学院 / 时间:2018-09-10 06:59:27

  据高分子科学前沿微信公众平台2018年9月8日讯 近日,北京化工大学化学工程学院孟洪教授、博士后范红玮与德国汉诺威大学于尔根·卡罗(Jürgen Caro)教授合作,在2D-COF膜的设计合成及其分离性能研究方面取得重要进展,成果“Covalent Organic Framework?Covalent Organic Framework Bilayer Membranes for Highly Selective Gas Separation”发表在国际著名学术刊物Journal of the American Chemical Society上并被选为刊物封面。这一创新性工作,设计构筑了一种具有高选择性的双层COF-COF气体分离膜,其技术策略是根据COF材料之合成条件的差异性,采用变温溶剂热法调控不同COF的合成顺序,先在低温(RT,72h)下合成腙键COF-LZU1,之后升高温度(120℃,72h)合成连氮ACOF-1,进而将其先后沉积到双氨基改性的陶瓷片基底上,最终得到具有相互交错孔结构的COF-LZU1?ACOF-1双层膜。这种新型的COF-COF双层膜,对混合气体H2/CO2、H2/N2及H2/CH4的分离具有良好的分子筛分性能,气体选择性分别可达到24.2、84.0和100.2,膜的综合性能超过了2008年“Robeson upper bounds”。这一工作创制了一种新型的气体分离膜材料,亦为COFs功能材料的孔设计和改性提供了新途径。


具有高选择性的双层COF-COF气体分离膜合成及其性能


  范红玮博士等进而采用原位溶剂热法,在醛基改性的管式陶瓷基底上合成了厚度约为400nm的腙键COF-LZU1膜,所制备的COF膜对多种尺寸大于1.2nm的水溶性染料均有很好的截留性能(>90%),水的透过通量可达700 L·m-2·h-1·MPa-1,此类COF-LZU1膜同时具有较强的耐污染性和使役稳定性,在水质净化和废水处理等方面具有潜在的应用前景。这一工作发表在国际著名学术刊物Angewante Chemie, https://doi.org/10.1002/anie.201712816,被选为“VIP paper”和封面,亦被Chemical & Engineering News作为化工技术领域的研究亮点进行了报道。


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  研究团队中的范红玮博士是化工学院孟洪教授和德国汉诺威大学于尔根·卡罗教授合作引导的优秀博士后,已连续在JACS、Angewante Chemie、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Membrane Science等一流刊物上发表了多篇高水平论文。

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