中科院國家納米科學中心李連山研究員團隊近期於Journal of Membrane Science期刊（2022, 652,120479）發表題目為「Highly stable membrane comprising MOF nanosheets and graphene oxide for ultra-permeable nanofiltration」的文章。該文章第一作者為博士研究生Haftu Gebrekiros Alemayehuab和特別研究助理劉璀靜，通訊作者為李連山研究員。
【研究亮點】
【文章簡介】
GO膜易於大量製備，但孔隙率低，滲透性差；其含氧基團在水中易溶脹，膜穩定性差。二維MOF納米片具有多孔結構，可提升膜的滲透性；其片狀結構與GO類似，有望與GO形成穩定的堆積結構。
本研究採用超聲剝離法，由Al-MOF塊體製備出了高質量的二維Al-MOF納米片，經表徵，其厚度約4 nm，結晶性良好，比表面積高達398.4 m2g-1，孔徑分布集中在1.1 nm。將其與GO納米片共堆積，製備得到GO@Al-MOF複合膜（圖1a）。SEM圖（圖1b-e）證實GO@Al-MOF膜與純GO膜形貌相似，具有均質平滑的表面及層狀堆砌的斷面結構；由於Al-MOF的加入，GO@Al-MOF膜相比GO膜增厚了45 nm。EDX（圖1f）也證實了Al-MOF被有效且均勻地複合到了GO膜中。
圖1. (a) GO@Al-MOF膜的製備過程, (b, d) GO膜表面和斷面的SEM圖，（c, e）GO@Al-MOF膜表面和斷面的SEM圖，(f) GO@Al-MOF膜斷面的EDX譜圖。圖c, e, f的GO@Al-MOF膜中Al-MOF和GO質量比為1:2；圖b，d的GO膜中GO質量與GO@Al-MOF膜中GO質量相等。
圖2a證實了二維Al-MOF納米片在GO膜中的加入可有效提升水通量，最高通量為51.6 LMHB，是純GO膜通量的17倍。這是由於Al-MOF納米片的高孔隙率增加了水滲透通道。由於膜表面帶負電，相比中性分子，其對負電染料顯示出更優異的截留；同時，GO@Al-MOF膜保留了與GO膜相似的截留率（圖2c）。圖2d，e證實了GO@Al-MOF膜相比於GO膜更優異的長期運行穩定性。圖2f顯示了GO@Al-MOF膜對剛果紅水溶液的截留為99.9%，且水通量高達40 LMHB以上；相比多數報道的GO複合膜，其在滲透性方面具有明顯的優勢。另外，GO@Al-MOF膜在50℃下，經受300 W的超聲處理1 h後，其過濾性能不變；而GO膜經此處理，過濾性能急劇下降。GO@Al-MOF膜的運行及機械穩定性大大增加，這源於Al-MOF納米片中的Al離子可與GO層的羧基或羥基鰲合，從而增強了複合膜的層間作用力。
圖2. （a）GO，GO@Al-MOF和Al-MOF膜的水通量，操作壓力為1 bar。GO和最佳GO@Al-MOF膜的對比：（b）不同壓力下的水通量，（c）負電染料和中性分子的截留，（d）純水中運行穩定性。（e）GO@Al-MOF膜截留水體中剛果紅的穩定性。（f）膜性能對比。
原文信息：
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738822002265
第一作者：
HaftuGebrekiros Alemayehuab博士研究生
劉璀靜 特別研究助理
通訊作者：
李連山 研究員
工作單位：國家納米科學中心
通訊郵件：lils@nanoctr.cn
網址：
http://sourcedb.nanoctr.cas.cn/zw/zxrck/201210/t20121010_3656607.html
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