用于光热转化的CuBDC-NH2/PmPD混合基质膜的制备与应用

doi:10.7503/cjcu20230379

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (2): 20230379.doi: 10.7503/cjcu20230379

用于光热转化的CuBDC-NH₂/PmPD混合基质膜的制备与应用

唐海燕, 自丽梦, 张冰, 付昱()

东北大学理学院化学系, 沈阳 110819

收稿日期:2023-08-23 出版日期:2024-02-10 发布日期:2023-12-14
通讯作者: 付昱 E-mail:fuyu@mail.neu.edu.cn
作者简介:第一联系人：共同第一作者.
基金资助:
国家自然科学基金(22175030);超分子结构与材料国家重点实验室开放课题(sklssm 202306)

Preparation and Application of CuBDC-NH₂/PmPD Mixed Matrix Membranes for Photothermal Conversion

TANG Haiyan, ZI Limeng, ZHANG Bing, FU Yu()

Department of Chemistry，College of Sciences，Northeastern University，Shenyang 110819，China

Received:2023-08-23 Online:2024-02-10 Published:2023-12-14
Contact: FU Yu E-mail:fuyu@mail.neu.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(22175030);the Open Project of the State Key Laboratory of Supramolecular Structure and Materials, China(sklssm 202306)

摘要/Abstract

摘要：

采用简单高效的软喷雾技术制备了一种具有优良光热转化性能的金属有机框架(MOFs)基混合基质膜(MMM). 在含有2-氨基对苯二甲酸(H₂BDC-NH₂)和间苯二胺(mPD)的混合溶液表面均匀喷涂少量铜离子, 铜离子同步引发MOFs的自组装和单体聚合, 在气/液界面形成大面积的CuBDC-NH₂/PmPD MMM. 该方法不仅简单高效, 而且由于铜离子的双重作用, 可以一步合成MOF分布均匀的混合基质膜. 所得MMM具有良好的完整性, 表现出优异的太阳能水蒸发能力, 可用于高效海水淡化.

关键词: 金属有机框架, 混合基质膜, 太阳能水蒸发, 软喷雾

Abstract:

A kind of metal-organic framework（MOF）-based mixed matrix membranes（MMMs） with excellent photothermal conversion performance was prepared by a simple and efficient soft spray technique in this paper. A small amount of copper ions is uniformly sprayed on the surface of the mixed solution containing 2-aminoterephthalic acid （H₂BDC-NH₂）and m-phenylenediamine（mPD）， and the copper ions simultaneously initiate the self-assembly of MOFs and monomer polymerization to form a large-area CuBDC-NH₂/PmPD MMM with homogeneous MOF at the gas-liquid interface. This method not only is simple and efficient， but also can synthesize mixed matrix membranes with uniform MOF distribution in one step due to the dual action of copper ions. The MMMs obtained by this synchronous synthesis method has good integrity and shows excellent solar water evaporation capacity， which can be used for high-efficiency seawater desalination， and it’s expected to play a role in desalination of seawater.

Key words: Metal-organic framework, Mixed matrix membrane, Solar water evaporation, Soft spray

中图分类号:

O634

TrendMD:

唐海燕, 自丽梦, 张冰, 付昱. 用于光热转化的CuBDC-NH₂/PmPD混合基质膜的制备与应用. 高等学校化学学报, 2024, 45(2): 20230379.

TANG Haiyan, ZI Limeng, ZHANG Bing, FU Yu. Preparation and Application of CuBDC-NH₂/PmPD Mixed Matrix Membranes for Photothermal Conversion. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(2): 20230379.

图/表 7

Fig.1 SEM images of CuBDC⁃NH2 MOF film(A, B) and CuBDC⁃NH2/PmPD MMM(C, D) with different magnifications

Fig.2 XRD patterns of CuBDC⁃NH2 MOF(a) CuBDC⁃NH2/PmPD MMM(b) and CuBDC⁃NH2 simulation(c)

Fig.3 FTIR spectra of CuBDC⁃NH2 MOF(a) and CuBDC⁃NH2/PmPD MMM(b)

Fig.4 Temperature rise curves of wet CuBDC⁃NH2/PmPD MMM(a), dry CuBDC⁃NH2/PmPD MMM(b) and dry CuBDC⁃NH2 MOF membrane(c)

Fig.5 Infrared images of wet CuBDC⁃NH2/PmPD MMM during heating process

Fig.6 Mass change curves of water without or with different membranesLight intensity: 1 kW/m2.

Fig.7 Evaporation rate of CuBDC⁃NH2/PmPD MMM during multiple cycles

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