Preparation of MIL-101（Cr）-based Membranes for Removing Diclofenac Sodium

doi:10.7503/cjcu20250153

Abstract

Abstract:

A kind of MOF-based mixed-matrix membrane， MIL-101@PAN， capable of removing diclofenac sodium from aqueous solution by decompression filtration， was prepared based on a stable MOF， MIL-101（Cr）， and polyacrylonitrile（PAN）. According to our investigations， the obtained MOF-based membranes displayed loose and porous structure with a membrane thickness of about 14 μm， and the performance of the membranes could be significantly improved with the increase of MOF content. Specifically， when the mass ratio of MIL-101（Cr） to PAN reached to 2∶5， the prepared membrane MIL-101@PAN-2 exhibited the best removal performance for diclofenac sodium， particularly achieving a removal efficiency of 95.59% for a diclofenac sodium solution with a concentration of 20 mg/L， and maintaining a removal efficiency above 75% even after 5 cycles. Furthermore， even in a mixed solution containing Na⁺， K⁺， and NH₄⁺ at concentrations comparable to those of diclofenac sodium（20 mg/L）， the membrane could still maintain a removal efficiency of over 90%.

Key words: MIL-101（Cr）, Mixed-matrix membrane, Diclofenac sodium

CLC Number:

O647

TrendMD:

HU Xiaojing, XIE Jingjing, ZHANG Yuxin, ZHANG Yuhan, HUANG Xiaohui. Preparation of MIL-101（Cr）-based Membranes for Removing Diclofenac Sodium[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(10): 20250153.

Figures/Tables 11

Table 1 Mechanical performance of obtained membranes

Membrane	Tensile strength/MPa	Elastic modulus/MPa	Elongation at break（%）
PAN	4.11	409.39	1.61
MIL⁃101@PAN⁃1	5.18	396.58	1.68
MIL⁃101@PAN⁃2	2.94	454.94	1.09

Table 2 Adsorption kinetic parameters of MIL-101(Cr) for DCF removal

Model	Kinetics parameter
Model	$Q e$ /（mg·g^-1）	k₁/min^-1	k₂/（g·min^-1·mg^-1）	$R 2$
Pseudo⁃first⁃order	209	0.202		0.975
Pseudo⁃second⁃order	222	0.00158		0.996

Table 2 Adsorption kinetic parameters of MIL-101(Cr) for DCF removal

Model	Kinetics parameter
Model	$Q e$ /（mg·g^-1）	k₁/min^-1	k₂/（g·min^-1·mg^-1）	$R 2$
Pseudo⁃first⁃order	209	0.202		0.975
Pseudo⁃second⁃order	222	0.00158		0.996

Table 3 Isothermal models parameters for DCF adsorption of MIL-101(Cr)

Model
Model	$K L$ /（L·mg^-1）	$K F$	Q_max/（mg·g^-1）	$R 2$
Freundlich		61.65		0.948
Langmuir	0.695		332	0.998

Table 3 Isothermal models parameters for DCF adsorption of MIL-101(Cr)

Model
Model	$K L$ /（L·mg^-1）	$K F$	Q_max/（mg·g^-1）	$R 2$
Freundlich		61.65		0.948
Langmuir	0.695		332	0.998

References 23

[1]	Fontela M. H.， Galceran M. T.， Ventura F.， Water Res.， 2011， 45（3）， 1432—1442
[2]	Luo Z. D.， Fan S. R.， Liu J. Q.， Liu W. C.， Shen X.， Wu C. P.， Huang Y. J.， Huang G. X.， Huang H.， Zheng M. B.， Polymers（Basel）， 2018 ， 10（2）， 10020209
[3]	Rojas S.， Horcajada P.， Chem. Rev.， 2020， 120（16）， 8378—8415
[4]	Zhao X.， Wang Y. X.， Li D. S.， Bu X. H.， Feng P. Y.， Adv. Mater.， 2018， 30（37）， 1705189
[5]	Fang Z. B.， Liu T. T.， Liu J. X.， Jin S. Y.， Wu X. P.， Gong X. Q.， Wang K. C.， Yin Q.， Liu T. F.， Cao R.， Zhou H. C.， J. Am. Chem. Soc.， 2020， 142（28）， 12515—12523
[6]	Liu H. X.， Si D. H.， Smith M. F.， Li R. F.， Li X. Y.， Li L.， Huang H. B.， Fang Z. B.， Zhou H. C.， Liu T. F.， Aggregate， 2023， e383
[7]	Sun J.， Zhang X.， Zhang D.， Chen Y. P.， Wang F.， Li L.， Liu T. F.， Yang H. H.， Song J. B.， Cao R.， CCS Chem.， 2021， 4（3）， 1048—1058
[8]	Hu X. J.， Huang G.， Zhang S.， Fang Z. B.， Cao R.， Liu T. F.， Chem. Commun.， 2020， 56（54）， 7459—7462
[9]	Zhang A. A.， Cheng X. Y.， He Y.， Liu W.， Deng S. Q.， Cao R.， Liu T. F.， Research， 2021， 2021， 9874273
[10]	Zhao X.， Wang Y. X.， Li D. S.， Bu X. H.， Feng P. Y.， Adv. Mater.， 2018， 30（37）， 1705189
[11]	Guo X. Y.， Kang C. F.， Huang H. L.， Chang Y. G.， Zhong C. L.， Microporous Mesoporous Mater.， 2019， 286， 84—91
[12]	Li N.， Zhou L.， Jin X. Y.， Owens G.， Chen Z. L.， J. Hazard. Mater.， 2019， 366， 563—572
[13]	Azhar M. R.， Abid H. R.， Periasamy V.， Sun H. Q.， Tade M. O.， Wang S. B.， J. Colloid Interface Sci.， 2017， 500， 88—95
[14]	Deeraj B. D. S.， Jayan J. S.， Raman A.， Asok A.， Paul R.， Saritha A.， Joseph K.， Surf. Interfaces， 2023， 43（B）， 103574
[15]	Shi W.， Xu C.， Cai J.， Wu S.， J. Environ. Chem. Eng.， 2023， 11（6）， 111292
[16]	Sharma U.， Pandey R.， Basu S.， Saravanan P.， Chemosphere， 2023， 320， 138075
[17]	Zhou M. M.， Li J.， Zhang M.， Wang H.， Lan Y.， Wu Y. N.， Li F. T.， Li G. T.， Chem. Commun.， 2015， 51（13）， 2706—2709
[18]	Al⁃Shaeli M.， Smith S. J.， Jiang S.， Wang H.， Zhang K.， Ladewig B. P.， J. Membr. Sci.， 2021， 635， 119339
[19]	Xiang W.， Wang Q.， Li Z.， Dong J.， Liu J.， Zhang L.， Xia T.， He Y.， Zhao D.， Sep. Purif. Technol.， 2024， 330， 125268
[20]	Hou X. D.， Xu T. T.， Wang Y.， Liu S. J.， Chu R. R.， Zhang J. X.， Liu B.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2018， 10（31）， 26365—26371
[21]	Férey G.， Mellot⁃Draznieks C.， Serre C.， Millange F.， Dutour J.， Surblé S.， Margiolaki I.， Science， 2005， 309（5743）， 2040—2042
[22]	Hasan Z.， Khan N. A.， Jhung S. H.， Chem. Eng. J.， 2016， 284， 1406—1413
[23]	Saucier C.， Adebayo M. A.， Lima E. C.， Cataluña R.， Thue P. S.， Prola L. D. T.， Puchana⁃Rosero M. G.， Machado F. M.， Pavan F. A.， Dotto G. L.， J. Hazard. Mater.， 2015， 289， 18—27