Self-cleaning of metal-organic framework membranes achieved by photocatalytic ZIFs for dye and antibiotic separation

膜 刚果红 光催化 化学工程 纳滤 材料科学 甲基蓝 结垢 亚甲蓝 接触角 化学稳定性 色谱法 化学 有机化学 复合材料 吸附 生物化学 工程类 催化作用
作者
Jie He,Rui Zhang,Dong Chen,Ziyin Chen,Jiacheng Jiang,Maoqing Xu,Yujie Liu,Zixi Li,Lin Peng,Yong Shu,Luming Jiang,Guixiang Zhao
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:12 (5): 113363-113363 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jece.2024.113363
摘要

The progress of membrane-based applications is hindered by widespread membrane fouling, which leads to a significant decrease in separation effectiveness and lifespan, even though membrane separations have shown great potential in the treatment of dye wastewater. The metal-organic framework MOFs (ZIF-8) display strong thermal and chemical stability and an exceptional capacity to degrade organic molecules under visible light, making them extremely promising for the development of self-cleaning membranes. In this investigation, a ZIF-8/L-DOPA/PVDF mixed matrix membrane with excellent self-cleaning properties was constructed using the in-situ growth technique. The characterization results confirmed the formation of a continuous ZIF-8 coating layer, considerably increasing the surface roughness of the composite membrane from 22.9 nm to 76.3 nm compared to L-DOPA/PVDF substrates. The ZIF-8 layer deposited on the L-DOPA/PVDF membrane surface reduced the contact angle from 75.71° to 40.94°. The highest-performing ZIF-8/L-DOPA/PVDF membranes show a higher water permeability of 159.63 (L·m−2 h−1 bar−1) and superior dye rejection rates (Congo red: 97.3%, Methylene Blue: 98.32%, Methyl Blue: 98.62%), along with enhanced removal of antibiotics (e.g., Tetracycline: 95.3% and Ciprofloxacin: 93.34%), and long-term nanofiltration stability. Furthermore, the treated membrane recovers almost all of its initial separation efficacy after exposure to visible light due to the successful removal of attached dyes from the membrane surface through photocatalysis. This work presents the potential to fabricate membranes with advantageous photocatalytic properties and effectively treat dye wastewater using self-cleaning membranes.
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