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有机/无机杂化膜由于兼具有机聚合物和无机分子筛两者的优势,成为近年来的研究热点。在有机/无机杂化膜领域,膜材料的有机/无机相容性、杂化粒子的分散性、膜运行过程中的稳定性一直是亟待解决的关键问题。金属有机骨架配合物(MOFs)材料是近年来新兴的一种性能优异的多孔杂化材料,将其应用在有机/无机杂化膜领域,可以有效地改善有机/无机相容性,提高膜的分离性能和稳定性。本研究设计了一种“配位驱动原位自组装”技术,分别在有机平板支撑体及陶瓷管式支撑体上制备了ZIF-8/PSS纳米杂化膜,通过现代化的分析手段揭示了膜微结构、表面力学特征和分离性能之间的构效关系,讨论了不同支撑体对膜表面形貌、分离性能、运行稳定性的影响,并将其用于纳滤分离领域,为MOFs纳米杂化膜的工业化前景提供了理论指导。 首先,在聚丙烯腈平板支撑体上设计并采用了“配位驱动原位自组装”技术成功组装了ZIF-8/PSS纳米杂化膜。FTIR、SEM、XRD、EDX等表征结果证明,在Zn2+和SO32-的配位作用下,成膜过程中ZIF-8原位生长在PSS链段内,杂化粒子和聚合物之间产生了作用力,真正意义上实现了分子层面杂化的ZIF-8/PSS纳米杂化膜的制备。该方法制备的杂化膜粒子分散均匀,无明显团聚现象。在最佳成膜条件下制备的ZIF-8/PSS杂化膜,对甲基蓝进行纳滤脱除,其通量与截留率分别可达到265 Lm-2h-1MPa-1及98.6%,在同类报道中处于较优水平。对比ZIF-8形成前后膜的染料脱除效果可以发现,均匀的杂化粒子使膜的分离性能得到了极大的提升,实现了反“trade off”现象。同时该方法极大地提高了杂化粒子与聚合物间的相容性,从而实现了膜在分离过程中的稳定运行,为该杂化膜的进一步工业化应用提供了保障。 将该方法拓展到三维支撑体上,成功地在陶瓷管式膜表面构筑了均匀致密无缺陷的ZIF-8/PSS纳米杂化膜。通过SEM、AFM对膜微观结构进行表征,结果表明在陶瓷管式基底上采用配位驱动原位自组装方法制备的ZIF-8/PSS纳米杂化膜中ZIF-8颗粒晶体形貌更明显,但其变化规律与有机平板基底上膜形貌的变化相同。此外改变膜的组装条件,可以使膜表面呈现明显的织构结构,晶体颗粒的生长呈现了明显的取向性。将制备的膜用于水体中甲基蓝的纳滤脱除,通量为210 Lm-2h-1MPa-1,截留率可达98.6%,在现有报道中处于较好水平。