Postsynthetic Polymerization of UiO-66-NH 2 for the Fabrication of Nylon/MOF Hybrid Membranes with Enhanced PFOS and PFOA Uptake

膜 吸附 全氟辛酸 化学 聚合 化学工程 酰胺 色散(光学) 高分子化学 同种类的 制作 尼龙6 单体 降级(电信) 原位聚合 组合化学 聚合物 表征(材料科学) 本体聚合 有机化学 色谱法 分散聚合 表面改性 水处理 聚合膜
作者
Manuela Leticia Kim,Eugenio H. Otal,Azeem Ullah,Seulgee Lee,Hideki Tanaka,Mutsumi Kimura,Katsuya Teshima
出处
期刊:ACS applied polymer materials [American Chemical Society]
卷期号:7 (24): 16492-16503 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsapm.5c02791
摘要

This study presents an approach for fabricating Nylon/MOF hybrid membranes via the postsynthetic modification of UiO-66-NH2 to introduce polymerizable moieties, followed by in situ polymerization with Nylon. Comprehensive characterization (FTIR, XPS, TGA, powder X-ray diffraction, SEM/EDS, TEM, and LC-MS) confirms the retention of MOF crystallinity, homogeneous dispersion within the Nylon (PA) matrix, and effective capture of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS). The resulting composites exhibit markedly enhanced adsorption capacities from water: for perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), PA membranes show Qmax = 94 mg g–1 while PA–MOF achieves 102 mg g–1; for perfluorooctanoic acid (PFOA), PA membranes show Qmax = 18 mg g–1 while PA–MOF reaches 31 mg g–1, corresponding to increases of 9 and 72%, respectively. Although the hybrid membranes display lower Qmax values than the pure MOF (160 to >2000 mg g–1), they exhibit significantly higher affinity constants. From the best-fit models, the affinity constants were: PFOS─PA (Double-Langmuir) KL,1 = 0.22, KL,2 = 11.02; PA–MOF (Double-Langmuir) KL,1 = 0.36, KL,2 = 25.96; and PFOA─PA (Sips) KS = 0.90 (n = 0.68), PA–MOF (Sips) KS = 0.36 (n = 1.32). These results indicate stronger interactions and superior uptake efficiency at low PFAS concentrations─an essential feature for real water treatment applications─and, in the case of PA–MOF, a cooperative intrapore mechanism for PFOA adsorption (n > 1). Adsorption modeling reveals dual-site interactions best described by the Double-Langmuir and Sips isotherms, consistent with heterogeneous binding arising from polar amide functionalities in Nylon and the intrinsically high surface area of the MOF. Overall, this work demonstrates a robust and scalable route to hybrid membranes for advanced water purification and environmental remediation.
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