研究背景
受 MOF/PVDF 杂化膜优异的吸附和分离活性的启发，本文以 PVDF 为相界面，在 MOF/PVDF 杂化膜的构建中引入界面聚合策略。
论文简介
近日，东北大学张霞教授课题组采用一步界面合成策略构建 Cu-BTC/PVDF 杂化膜，其中 Cu2+ 离子和 1,3,5-苯三甲酸（H3BTC）分别溶解在去离子水和正辛醇中，在两种不互溶溶剂的界面上铺上聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜（Cu-BTC/PVDF-1），并选择刚果红（CR）作为目标染料来评价杂化膜的表面吸附活性。为了进行比较，Cu-BTC/PVDF-2 杂化膜通过浸泡法获得。
▲ | 图 1 (a) PVDF 和 Cu-BTC/PVDF 膜的 CR 吸附能力（pH = 7.0，T = 25 °C，t = 180 min); (b) 不同 pH 值下 Cu-BTC/PVDF-1 对 CR 的吸附能力（c0(CR) = 100 mg L−1，T = 25 °C，t = 180 min); (c) 不同 NaCl 浓度下 Cu-BTC/PVDF-1 对 CR 的吸附能力 (c0(CR) = 100 mg L−1 , pH = 7.0, T = 25 °C, t = 180 min); (d) Cu-BTC/PVDF-1 对 CR 的吸附动力学，吸附时间较长 (c0(CR) = 100 mg L−1，pH = 7.0，T = 25 °C)。 |
CR 在不同温度下的吸附等温线及拟合曲线如图 2 所示。随着 CR 初始浓度的增大，CR 的吸附容量不断增加。当 CR 浓度从 1500 mg L−1 增加到 4500 mg L−1 时，吸附能力显著增加。此外，CR 吸附随着温度的升高明显增强，由此确定吸附是吸热的。拟合曲线结果反映了较低初始浓度（100-1500 mg·L-1) 与 Langmuir 等温线模型更加一致，并且具有较高的 R2 值 (0.9959)，表明单层吸附。在初始浓度范围为 2000 至 4500 mg L−1 时，Freundlich 模型提供了更好的拟合结果，表明发生了多层吸附。这种变化可以解释为刚果红之间的 π-π 堆积相互作用。
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为了进一步探究杂化膜的吸附机理，选择其他七种具有不同官能团的有机染料来评估 Cu-BTC/PVDF-1 杂化膜的吸附选择性，其中包括甲基橙（MO）、酸性黑 210（AB210）、亚甲基蓝（MB）、罗丹明 B (RhB)、结晶紫 (CV)、碱性品红 (BF) 和孔雀石绿 (MG)。这些有机物的去除率分别为 82.0% (CR)、27.1% (MB)、26.0% (CV)、24.0% (AB-210)、20.0% (MG)、19.5% (BF)、4.3% (RhB) 和 2.5% (MO) 。考虑到这些染料的分子结构和表面电荷，π-π 堆积力和氢键可能都参与了 Cu-BTC/PVDF-1 的选择性吸附。
▲ | 图 3 八种染料去除率比较。 |
如图 4 所示，CR 分子具有最长的共轭芳环和游离的 -NH2 基团，可能具有最大的 π-π 堆积力，在 Cu-BTC 和 CR 之间产生氢键，并且 CR 分子之间存在 π-π 堆积的作用力。
▲ | 图 4 Cu-BTC/PVDF 杂化膜对 CR 的吸附机制。 |
论文信息
Interface synthesis of Cu-BTC/PVDF hybrid membranes and their selective adsorption activity toward Congo red
Defeng Hu, Zhongqiao Sun, Yide Han, Hao Meng, Xia Zhang*
Dalton Trans., 2023, 52, 11441-11450
https://doi.org/10.1039/D3DT02042H
第一作者
东北大学
本文第一作者，2021 年进入东北大学，研究方向为金属有机骨架/聚合物膜的制备及其性能研究。
通讯作者
东北大学
本文通讯作者，硕士毕业于北京师范大学化学系有机化学专业，博士毕业于东北大学材料物理与化学专业，现任东北大学化学系教授，沈阳市领军人才，辽宁省教学名师，中国化学会高级会员。主要研究方向聚焦国家可再生能源和绿色化学工艺发展需求，发挥无机化学的学科优势，在具有光催化、光电催化以及电催化性能的无机-有机杂化功能材料的结构设计、精准合成、分解水产氢，以及纳米酶仿生催化研究方面做出了一定的科研成果。在Chemical Engineering Journal, Separation and Purification Technology， Journal of Energy Chemistry 等国内外重要学术期刊发表论文 100 余篇，获辽宁省教学成果奖一等奖 2 项、三等奖 1 项，主编出版省优秀教材及东北大学优质教材 7 部。
相关期刊
rsc.li/dalton
Dalton Trans.
| 2-年影响因子* | 4.0分 |
| 5-年影响因子* | 3.7分 |
| 最高 JCR 分区* | Q1 化学-无机 |
| CiteScore 分† | 7.1分 |
| 中位一审周期‡ | 24 天 |
Dalton Transactions 全面报道无机化学的研究进展，发表的高质量、原创性论文涵盖了无机化合物、金属有机化学物、生物无机应用和无机材料化学等领域，涉及合成、催化、能量转换／存储、电子设备和医学等应用。该刊希望所发表论文中报道或使用的新化合物／新材料能被先进的方法全面表征，并且它们的纯度信息也能被详细说明。
Chair
Russell Morris
🇬🇧 圣安德鲁斯大学
Associate editors
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Editorial board members
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* 2022 Journal Citation Reports (Clarivate, 2023)
† CiteScore 2022 by Elsevier
‡ 中位数，仅统计进入同行评审阶段的稿件
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