Microfluidic synthesized ZIF-67 decorated PVDF mixed matrix membranes for the pervaporation of toluene/water mixtures

渗透汽化 甲苯 化学工程 选择性 材料科学 聚合物 接触角 溶剂 色谱法 化学 有机化学 渗透 生物化学 工程类 催化作用
作者
Dipeshkumar D. Kachhadiya,Z. V. P. Murthy
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:676: 121607-121607 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2023.121607
摘要

Compared to traditional methods for removing volatile organic compounds (VOCs), the pervaporation (PV) process using the polymeric membrane is both efficient and cost-effective. In this work, the poly(vinylidene fluoride) (PVDF) polymer was modified by incorporating the hydrophobic ZIF-67 nanoparticles prepared using the microfluidic synthesis method. The prepared ZIF-67 and mixed-matrix membranes (MMMs) were analyzed using different analytical methods such as HRTEM, FESEM, AFM, water contact angle, solvent uptake study, FTIR, XRD, TGA, and UTM. The prepared membranes were tested for toluene/water mixture separation using pervaporation at 30 °C for 150 ppm toluene concentration in the feed solution. Further, the prepared MMMs were tested to study the effect of ZIF-67 filler loading, feed temperature, and feed composition on the total flux, toluene selectivity, and pervaporation separation index (PSI). Adding 3 wt% of ZIF-67 nanoparticles to the PVDF membrane increased the total flux and toluene selectivity from 5.25 to 41.24 L m−2 h−1 (684.8%) and 37.87 to 467.59 (1134.4% increment). The hydrophobicity of ZIF-67, validated by WCA, can be attributed to this significant boost in toluene selectivity. The toluene flux, water flux, and PSI for the optimized membrane were 2.70, 38.53, and 19234 L m−2 h−1, respectively. Also, the optimized MMMs showed stable 200 h of long-term separation performance. The results showed that adding hydrophobic ZIF-67 into the PVDF polymer matrix is an effective process for enhancing the toluene separation efficiency from the aqueous mixtures.
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