Highly water-selective membranes based on hollow covalent organic frameworks with fast transport pathways

膜 渗透 共价键 共价有机骨架 化学 水溶液 亚胺 化学工程 色谱法 有机化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Hao Yang,Xiaopo Cheng,Xuanxuan Cheng,Fusheng Pan,Hong Wu,Guanhua Liu,Yimeng Song,Xingzhong Cao,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:565: 331-341 被引量:104
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2018.08.043
摘要

Covalent organic frameworks (COFs) are attractive candidates for membrane separation owing to their well-ordered channels and facilely tailored functionalities. However, the development of COF-based membranes remains in its infancy. To establish novel hierarchical structures in COFs, in this study, a facile template-directed approach is exploited for constructing hollow COF nanospheres. An imine-linked COF TpBD, derived from 1,3,5-triformylphloroglucinol (Tp) and benzidine (BD), was selected as the building block due to its rich hydrophilic groups and high stability. The synthesized hollow TpBD (H-TpBD) nanospheres were introduced into sodium alginate (SA) matrices to fabricate water-selective hybrid membranes. The H-TpBD nanospheres confer the membranes rapid diffusion pathways and abundant interacting sites for water molecules, thus fast water-selective permeation through the membranes was achieved. The hybrid membranes exhibit the optimal performance with permeation flux of 2170 g m−2 h−1 and separation factor of 2099 when used for dehydrating 90 wt% ethanol aqueous solution at 76 °C. The effects of hollow structures of H-TpBD on membrane performance were investigated and the molecular transport mechanisms through the membranes were elucidated. Besides, the favorable compatibility between SA and H-TpBD endows the hybrid membranes with long-term stability.

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