Hydrophilicity gradient in covalent organic frameworks for membrane distillation

膜蒸馏 渗透 海水淡化 润湿 化学工程 材料科学 蒸馏 共价键 结垢 化学 色谱法 有机化学 渗透 生物化学 工程类
作者
Shuang Zhao,Chenghao Jiang,JingCun Fan,Shanshan Hong,Pei Mei,Ru‐Xin Yao,Yilin Liu,Sule Zhang,Hui Li,Huaqian Zhang,Chao Sun,Zhenbin Guo,Pengpeng Shao,Yuhao Zhu,Jinwei Zhang,Linshuo Guo,Yanhang Ma,Jianqi Zhang,Xiao Feng,Fengchao Wang,HengAn Wu,Bo Wang
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:20 (11): 1551-1558 被引量:208
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01052-w
摘要

Desalination can help to alleviate the fresh-water crisis facing the world. Thermally driven membrane distillation is a promising way to purify water from a variety of saline and polluted sources by utilizing low-grade heat. However, membrane distillation membranes suffer from limited permeance and wetting owing to the lack of precise structural control. Here, we report a strategy to fabricate membrane distillation membranes composed of vertically aligned channels with a hydrophilicity gradient by engineering defects in covalent organic framework films by the removal of imine bonds. Such functional variation in individual channels enables a selective water transport pathway and a precise liquid-vapour phase change interface. In addition to having anti-fouling and anti-wetting capability, the covalent organic framework membrane on a supporting layer shows a flux of 600 l m-2 h-1 with 85 °C feed at 16 kPa absolute pressure, which is nearly triple that of the state-of-the-art membrane distillation membrane for desalination. Our results may promote the development of gradient membranes for molecular sieving.
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