在PDMS复合膜上构建具有芽状表面形貌的超疏水ZIF-8层,用于高效乙醇/水分离

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:28
文章英文标题
Constructing superhydrophobic ZIF-8 layer with bud-like surface morphology on PDMS composite membrane for highly efficient ethanol/water separation
正文
新兴的渗透汽化技术对于实现生物质发酵液中清洁可再生的生物乙醇回收是非常有前景的。这项技术的巨大挑战是需要具有高分离性能的渗透汽化膜。基于溶液扩散机理,乙醇回收渗透汽化膜应具有疏水选择性层,以提高对乙醇分子的吸附能力,从而提高分离性能。本研究在聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合膜上,通过ZIF-8粒子浸铸、二次晶种生长、正十八烷基膦酸疏水改性等方法,生长出具有纳米芽状表面形貌的超疏水沸石咪唑酸骨架-8 ( ZIF-8 )层,用于高效乙醇/水分离。系统研究了ZIF-8二次生长过程中2 -甲基咪唑与硝酸锌的摩尔比( Hmim / Zn2 ),以在PDMS复合膜上构建合适的微纳结构。结果表明,最优复合膜的水接触角约为163 °,乙醇接触角为0 °;在30 ℃下,5   wt %乙醇水溶液的总通量为0.64   kg / m2 h,分离因子为17.4,优于其他报道的PDMS基混合基质膜。在PDMS复合膜上构建超疏水层的策略可能为制备高性能的渗透汽化膜用于水溶液有机回收提供有意义的指导。
文章内容(英文)
Emerging pervaporation technology is very promising to realize clean and renewable bioethanol recovery from biomass fermentation broth. The huge challenge of this technology is the need for a pervaporation membrane with high separation performance. Based on the solution-diffusion mechanism, pervaporation membrane for ethanol recovery should possess hydrophobic selective layer to improve sorption ability toward ethanol molecules, thereby enhancing the separation performance. In this study, a superhydrophobic zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) layer with a nano-level bud-like surface morphology was grown on polydimethylsiloxane (PDMS) composite membrane via ZIF-8 particle dip-casting, secondary seeded growth, and hydrophobic modification by n-octadecylphosphonic acid for highly efficient ethanol/water separation. The mole ratio of 2-methylimidazole and zinc nitrate (Hmim/Zn2+) in the process of ZIF-8 secondary growth was systematically studied to construct appropriate micro-nano structure on PDMS composite membrane. The resultant optimal composite membrane exhibited a water contact angle of about 163° and an ethanol contact angle of 0°. In addition, it also displayed an outstanding separation factor of 17.4 corresponding to a total flux of 0.64 kg/m2 h with 5 wt% ethanol aqueous solution at 30 ℃, and thus the superior pervaporation performance to most other reported PDMS-based mixed matrix membranes. The strategy of constructing superhydrophobic layer on PDMS composite membrane may provide a meaningful guidance for preparing high-performance pervaporation membrane for organic recovery from aqueous solution.
来源出处
Journal|[J]Journal of Environmental Chemical EngineeringVolume 9, 2020. PP 104977-
DOI
https://doi.org/10.1016/J.JECE.2020.104977

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