近年来，有机金属骨架膜（MOFs based membrane）被广泛地应用于水处理、食品、医药、生物能源等多个领域。其中，兼具MOFs高效筛分性能和聚合物柔韧易加工特点的混合基质膜受到广泛关注。通过在多孔聚合物基膜内原位生长MOFs晶体，可以有效减少两种材料间的界面缺陷，提高混合基质膜的分离性能。尽管UiO-66-NH₂因其良好的水稳定性而广泛用于水处理，但由于其合成条件涉及极性非质子溶剂及高温等苛刻条件，使得在常规多孔聚合物基膜内生长UiO-66-NH₂制备混合基质膜一直存在挑战。

  近日，浙江师范大学地理与环境科学学院林红军教授课题组提出了一种在室温下常规多孔聚合物基膜内原位生长UiO-66-NH₂制备MOFs混合基质膜的方案。将聚醚砜（PES）基膜浸渍在ZrCl₄的乙醇/甲酸溶液中，再将该膜浸泡在NH₂-BDC的乙醇/甲酸/水溶液中，即可在PES膜孔及表面原位生成UiO-66-NH₂纳米颗粒，得到UiO-66-NH₂/PES混合基质膜。该过程在室温下就可以进行，无需使用DMF等极性非质子性溶剂，对各种常规多孔聚合物基膜均可适用。优化后的混合基质膜的纯水通量达到了209.5 L bar^-1 h^-1 m^-2，同时对刚果红等小分子的截留率超过99.5%。此外，该复合膜在长达5天的连续过滤及多次超声处理后均没有明显的性能变化，表现出优异的水稳定性及机械稳定性。

图1. 室温下PES超滤基膜内原位生长UiO-66-NH₂制备混合基质膜并用于分子分离示意图。

图2. 不同ZrCl₄浓度下得到的混合基质膜的红外谱图、X射线衍射谱图及孔径分布图。

图3. 不同ZrCl₄浓度下得到的混合基质膜表面扫描电镜及原子力显微镜图片。

图4. UiO-66-NH₂/PES混合基质膜分离性能。

  该成果以标题为“In-situ growth of UiO-66-NH₂ in porous polymeric substrates at room temperature for fabrication of mixed matrix membranes with fast molecular separation performance”发表在Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2022.134804)上。课题组硕士研究生李志文为该论文的第一作者，林红军教授和徐艳超副教授为该文章的联合通讯作者。该成果受到国家自然科学基金、浙江科学自然科学基金及浙江省教育厅高校专业学位研究生培养模式改革专项基金等项目资助。

  原文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722003114