Efficient separation of methanol/dimethyl carbonate mixtures by UiO-66 MOF incorporated chitosan mixed-matrix membrane

渗透汽化 甲醇 碳酸二甲酯 渗透 化学工程 高分子化学 材料科学 化学 有机化学 生物化学 工程类
作者
Haipeng Zhu,Renhao Li,Guozhen Liu,Yang Pan,Jiahui Li,Zhenggang Wang,Yanan Guo,Gongping Liu,Wanqin Jin
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:652: 120473-120473 被引量:54
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120473
摘要

Pervaporation shows great potential in separation of organic-organic mixtures that are widely involved in chemical and petrochemical industries, while the separation performance of polymeric membranes is undesirable for practical application. In this work, we incorporated UiO-66 (ZrCl4) metal-organic frameworks (MOFs) into chitosan (CS) membrane to separate methanol-dimethyl carbonate (DMC) mixtures. ZrOCl2·8H2O or ZrCl4 was selected as metal precursor to synthesize UiO-66, which aimed to investigate the structural defect of UiO-66 for the separation performance of mixed matrix membranes (MMMs). BET, 1H NMR and low-angle XRD characterizations indicated that UiO-66 (ZrCl4) with appropriate pore size is more suitable for preferentially permeate methanol over DMC. IR, dielectric relaxation and DSC characterizations combined with molecular simulations revealed the ideal interfacial morphology of UiO-66/CS MMMs was owing to the favorable molecular interactions including hydrogen bond interaction and van der Waals interaction. Pervaporation separation of methanol-DMC mixtures demonstrated that UiO-66 (ZrCl4) nanofillers can simultaneously enhance the permeation flux and separation factor of CS membrane. The optimized 10 wt% UiO-66 (ZrCl4)/CS MMM exhibited total flux and methanol/DMC separation factor of 355 g/m2h and 337 for 10 wt% methanol-DMC mixtures at 50 °C, which were 3.4-fold and 25-fold higher than that of the pure CS membrane, respectively, and outperformed the state-of-the-arts polymer-based membranes.
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