中国石油大学 (北京) 化学工程与环境学院孔繁鑫副教授团队近期于Desalination期刊（2024，Pre-proof，117712）发表题目为Evolution of morphology, structure, and performance of the COF
membranes with monomer concentrations: Enabling effective desalination and
kinetics analysis的文章。该文章第一作者为博士生岳黎平，通讯作者为孔繁鑫副教授。【研究亮点】
揭示了单体浓度对COF膜的形貌、结晶度、交联度和性能的重要影响。
高单体浓度促进结构结晶和形成亚纳米孔径的COF膜。
水相单体扩散系数与油相单体扩散系数相差一个数量级，能够确保在界面处形成致密且结晶的COF层。
最佳膜表现出卓越的稳定性和工业废水脱盐能力。
【文章简介】
制备具有亚纳米孔的结晶共价有机框架（COF）脱盐膜仍具有挑战性。对甲苯磺酸（PTSA）介导的催化界面聚合（ICP）作为一种新兴的合成策略，展现出在制备高结晶COF脱盐膜的巨大潜力。在ICP过程中，单体浓度的精确控制对于调节单体在界面处的扩散和反应速率，进而实现结晶COF脱盐膜的高效制备，具有至关重要的作用。本工作采用PTSA催化界面聚合策略制备了TpPa-COF膜，揭示了单体浓度对TpPa-COF 膜的形貌、结构和性能的影响，并对TpPa-COF 膜的形成进行了动力学分析。通过增加单体浓度，膜表面的颜色从浅黄色转变为深橙色
（图1）。无定形的TpPa-COF层可以转变为结晶的TpPa-COF层（图2）。TpPa-COF层的结晶度从16.47%增加到73.90%，交联度从66.40%增加到87.60%（图3）。图1.在不同单体浓度下制备的 TpPa-COF 膜的表面形貌。图2. TpPa-COF膜的SEM形貌 (a0) Tp0.05%Pa0.015%;
(b0) Tp0.05%Pa0.5%; (c0) Tp0.05%Pa2%;
(d0) Tp0.0015%Pa0.5%; (e0) Tp0.006%Pa0.5%;
(f0) Tp0.1%Pa0.5%; (g0) Tp0.0015%Pa0.015%;
(h0) Tp0.006%Pa0.06%; (i0) Tp0.1%Pa1%。图3. 单体浓度对TpPa-COF层 的（a）交联度和（b）结晶度的影响。随着单体浓度的增加，截留分子量从143296 Da降低到282 Da，孔径从1.69 nm减小到0.17 nm（图4），同时Na2SO4的截留显著提高，从26.7%增加到90.4%（图5）。此外，最佳膜对RO浓水进行的三天过滤测试表明，最佳膜具有出色稳定性和脱盐性能，其中SO₄²⁻的截留率为74.3±1.08%，Mg²⁺的截留率为65.6±1.33%（图6）。图4. (a0, a1)
Tp0.05%Pax%, (b0, b1)
Tpy%Pa0.5% and (c0,c1)
Tpy%Pax%膜（固定 Pa/PTSA /Tp 浓度比 1: 1.5: 1/10）的孔径分布和截留分子量。图5. 单体浓度对TpPa-COF膜的（a）Na2SO4，（b）MgSO4，（c）NaCl 截留率和（d）水通量的影响。图6. 应用于RO浓水的 Tp0.05%Pa0.5%膜的长期脱盐性能。通过紫外分光光度计监测了Pa-PTSA复合物在正己烷和Tp在水中的扩散行为（图7），并通过Fick第二定律计算了不同制备条件下单体的扩散系数（图8），当单体浓度比较低时（Pa ≤ 0.05 wt%, Tp ≤ 0.006 wt%）时，Pa-PTSA复合物（2.56 × 10-7 – 3.79 ×
10-7 cm²/s）和Tp（1.02
× 10-7 – 8.73 × 10-8 cm²/s）在界面处的扩散速率较低。界面处的单体的可利用性有限，导致形成了孔径分布较宽、结构不规则、薄的TpPa-COF层；当单体浓度比较高时（Pa > 0.05 wt%, Tp
> 0.006 wt%）时，Pa-PTSA复合物的扩散系数（6.49 × 10-5 – 8.87 × 10-5 cm²/s）比Tp（3.53 × 10-6 – 6.39 × 10-6cm²/s）高一个数量级。Pa-PTSA复合物向有机相的较高扩散速率确保了结晶的TpPa框架的形成和TpPa框架在界面处的受限生长。生成的TpPa纳米片在PSf基底表面进行交错组装，同时非晶区域可以紧密而灵活地连接结晶区域，从而有效地调控COF膜的孔径为亚纳米级别（图9）。图7. 通过紫外分光光度计监测（a）Pa-PTSA复合物在正己烷和（b）Tp在水中的扩散行为。
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图8. Pa-PTSA复合物在正己烷和Tp在水中的扩散系数。
图9. 通过ICP策略合成的TpPa-COF膜的机制示意图（a）高单体浓度和（b）低单体浓度。
原文信息：
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原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117712
第一作者：
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岳黎平 博士研究生
工作单位：中国石油大学（北京）化学工程与环境学院
邮箱地址：yuelipingli@163.com
通讯作者：
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孔繁鑫 副教授
孔繁鑫，副教授，博导，北京市优秀人才青年骨干个人、中国石油大学（北京）青年拔尖人才。主要从事膜法水处理及石油石化污染控制与资源化技术研究。近年来主持国家自然科学基金项目2项及产学研合作项目10余项，实现多项成果的工程化应用。以第一作者或通讯作者发表国际SCI论文30余篇，发明专利5项。兼任中国海水淡化与水再生利用青年委员会委员，《Petroleum Science》和《Chinese Chemical Letters》青年编委。获中国石油和化学工业联合会优秀出版物教材奖二等奖、中国循环经济学科技进步二等奖及重庆市生态环境科学技术奖特等奖。
工作单位：中国石油大学（北京）化学工程与环境学院
通讯邮箱：kfx11@cup.edu.cn
网址：
https://www.cup.edu.cn/chem/
本期编辑：朱军勇（郑州大学）
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