Incorporating Mixed-Ligand Zeolitic Imidazolate Framework into Polydimethyldiethoxysilane (PDMDES) Membrane for Enhancing Alcohol Pervaporation Recovery

渗透汽化 沸石咪唑盐骨架 材料科学 咪唑酯 化学工程 吸附 热稳定性 水溶液 聚合物 金属有机骨架 吸附 有机化学 渗透 复合材料 化学 生物化学 工程类
作者
Xiaole Chen,Qulan Zhou,Yafei Zhang,Linyu Chen,Na Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c17781
摘要

In the present study, a zeolitic imidazolate framework with mixed ligands, ZIF-8-90, was synthesized and embedded into an ultrathin polydimethyldiethoxysilane (PDMDES) matrix to prepare a ZIF-8-90/PDMDES mixed matrix membrane (MMM) for the enhanced recovery of alcohols from dilute aqueous solutions via pervaporation, using a facile solution coating method. The synthesized ZIF-8-90 particles demonstrated superior hydrophobicity and thermal stability compared to those of both ZIF-8 and ZIF-90 particles. Furthermore, the hydrophobicity, thermal stability, and sorption ability for alcohols of the ZIF-8-90/PDMDES MMM were significantly improved, attributed to the incorporation of mixed-ligand ZIF-8-90. Notably, the MMMs displayed two distinct cross-sectional morphologies: (1) ZIF-8-90 particles enveloped by PDMDES polymer forming filler bulges and (2) an accumulation of ZIF-8-90 particles resembling a brick-wall-like structure. The MMM incorporating 2.5 wt % ZIF-8-90 exhibited the optimal performance among the fabricated MMMs with various ZIF-8-90 loadings, spanning from 0 to 3.2 wt %. The effects of feed concentrations and operation temperatures were systematically investigated. The best pervaporation performance was achieved using the 2.5 wt % ZIF-8-90-filled MMM, effectively separating a 5.0 wt % ethanol/water mixture at 60 °C, yielding a distinguished total flux of 7.70 kg·m–2·h–1, an improved separation factor of 9.96, and an extraordinarily high PSI of 68.99 kg·m–2·h–1. Comparative analyses highlighted the superior pervaporation performance of the ZIF-8-90/PDMDES MMM over ZIF-8/PDMDES MMM, ZIF-90/PDMDES MMM, and other MMMs, underscoring its potential for practical applications in alcohol recovery.
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