Growing covalent organic frameworks on porous substrates for molecule-sieving membranes with pores tunable from ultra- to nanofiltration

纳滤 共价有机骨架 多孔性 化学工程 共价键 微型多孔材料 渗透 分子 材料科学 选择性 超滤(肾) 化学 纳米技术 有机化学 色谱法 渗透 复合材料 工程类 生物化学 催化作用
作者
Xiansong Shi,Ankang Xiao,Chenxu Zhang,Yong Wang
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:576: 116-122 被引量:101
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2019.01.034
摘要

Crystalline imine-based covalent organic frameworks (COFs) have attracted great interest as next-generation water treatment materials owning to their numerous merits. The construction of COF layers with tunable pore sizes ranging from meso- to micropores, which can significantly broaden the membrane selectivity from ultra- (UF) to nanofiltration (NF), has remained unexplored. Herein, we demonstrate the controllable solvothermal synthesis of COF layers with adjustable pore sizes on anodic aluminum oxide (AAO) substrates. With rising synthesis duration the modulation on pore sizes of AAO supports can be achieved till the formation of continuous COF layers, leading to a gradually enhanced selectivity. Importantly, the synthesized microporous COFs shrink the pore sizes of AAO substrates and provide additional nanochannels for water transporting, eventuating in a ~2–9 times higher permeance than other reported UF membranes with comparable rejections. Once forming continuous COF layers, more rigid selectivities based on COF inherent nanochannels (~1.83 nm) can be realized with capacities of removing dyes from water or organic solvent. This work provides a facile methodology to construct COF-based membranes with broadly tunable separation performance, recommending the membranes for removing targeted molecules including proteins, nanoparticles, and dyes.
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