Novel MOF-capped halloysite nanotubes/PDMS mixed matrix membranes for enhanced n -butanol permselective pervaporation

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 13:10
文章英文标题
Novel MOF-capped halloysite nanotubes/PDMS mixed matrix membranes for enhanced n -butanol permselective pervaporation
正文
摘要\n本研究借助密度泛函理论计算,基于溶液扩散机制,初步构思了一种独特的MOF封端纳米管结构。然后,制备了新型ZIF-8封端埃洛石纳米管( ZHNTs ),并将其嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )本体中,实现了正丁醇渗透汽化的混合基质膜( MMMs )。该膜的显著特点是ZHNTs中的HNT管腔( φ25 nm )为首次通过封盖ZIF-8层筛选的渗透剂提供了精致的扩散通道。同时,ZIF-8层在ZHNTs外表面的紧密连接为分子渗透创造了相对连续的途径。正如预期的那样,ZHNTs的嵌入显著提高了膜的分离性能。令人印象深刻的是,在1 wt %正丁醇水溶液的分离中,40℃时,所得膜的分离因子高达61.3 (比PDMS对照膜高58.7 % ),通量可比683 g m-2 h-1 (是PDMS对照膜的2.43倍)。此外,ZHNTs的存在赋予膜良好的界面相容性、力学性能和长期稳定性。本研究可能对合理设计用于发酵液生物燃料回收的高性能MMMs有所启示。
文章内容(英文)
Abstract(#br)With the help of density functional theory calculations, a unique MOF-capped nanotube architecture was initially conceived in this study based on the solution-diffusion mechanism. Then, the novel ZIF-8-capped halloysite nanotubes (ZHNTs) were prepared and incorporated in the polydimethylsiloxane (PDMS) bulk to achieve the mixed matrix membranes (MMMs) for n -butanol permselective pervaporation. The remarkable characteristic of this membrane was that the HNT lumen (∼25 nm) in ZHNTs provided the exquisite diffusion highway for the penetrants that were first selected through the capping ZIF-8 layer. Simultaneously, the close connection of ZIF-8 layer on external surface of ZHNTs created the relatively continuous pathways for molecular permeation. As expected, the embedding ZHNTs significantly improved the separation performances of the membranes. Impressively, the as-obtained membrane acquired a high separation factor of 61.3 (58.7% higher than that of PDMS control membrane) with a comparable flux of 683 g m -2 h -1 (2.43-fold as much as that of PDMS control membrane) at 40 °C in the separation of 1 wt% n -butanol aqueous solution. Moreover, the presence of ZHNTs conferred excellent interfacial compatibility, mechanical properties, and good long-term stability on the resultant membranes. This study may shed light on the rational design of high-performance MMMs for biofuels recovery from fermentation broths.
来源出处
Journal|[J]Journal of Membrane ScienceVolume 595, 2020.
DOI
https://doi.org/10.1016/j.memsci.2019.117543

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