用于超快醇水分離的高柔性和超疏水性MOF膜
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
作為一種節(jié)能的分離技術(shù)，膜分離由于較低的污染和碳排放而受到關(guān)注。當(dāng)前，發(fā)酵液中生物燃料（例如酒精）的提取至關(guān)重要。疏水性聚合物膜廣泛應(yīng)用于生物乙醇的滲透蒸發(fā)，然而聚合物膜的分離性能通常受到滲透性和選擇性之間的權(quán)衡問題，限制了他們的應(yīng)用。因此，制造高性能分離膜有助于降低能耗并提高工業(yè)生產(chǎn)效率。金屬有機(jī)框架（MOF）因其特定的吸收親和力、高可設(shè)計(jì)性以及多樣化的孔結(jié)構(gòu)和尺寸而被廣泛研究。將高孔隙率MOF嵌入聚合物基質(zhì)中以制備混合基質(zhì)膜（MMM）。MMM中連續(xù)的MOF納米顆粒產(chǎn)生了連續(xù)的分子路徑，但MMM中的運(yùn)輸途徑仍然以聚合物基質(zhì)為主。因此，具有良好加工性能的聚合物基材是大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)選。此外，與三維MOF膜相比，定向二維MOF納米片(MOF-NS)膜通常表現(xiàn)出良好的分離性能。然而，由于剛性MOF和柔性基材之間的沖突，在聚合物基材上控制MOF納米片的生長具有挑戰(zhàn)性。 
圖1：MOF-NS/PVDF膜的制備方案和結(jié)構(gòu)北京理工大學(xué)趙之平團(tuán)隊(duì)制備了一種嵌入ZIF-8種子的PVDF（聚偏二氟乙烯）基底，以便隨后MOF-NS在膜表面生長。利用含有ZIF-8晶種的PVDF溶液，通過浸泡沉淀的方法制備了晶種PVDF膜（SEEDS/PVDF），ZIF-8種子富集在SEEDS/PVDF表面（圖1A）為MOF的生長提供了異質(zhì)成核位點(diǎn),并為MOF-NS的生長提供了基礎(chǔ)并調(diào)節(jié)其生長方向?？赡苡捎谑┘訌?qiáng)剪切力的作用，在膜形成過程中，ZIF-8發(fā)生了從菱形十二面體到芽狀（圖1A，1B）的形狀轉(zhuǎn)變。X射線衍射 (XRD) 顯示，SEEDS/PVDF的曲線（圖1C）中出現(xiàn)了一個新的衍射峰（~9.4°），該峰對應(yīng)于ZIF-8種子10.5°處的峰，說明MOF-NS由ZIF-8種子演化而來。圖2：MOF-NS/PVDF膜的高度柔性結(jié)構(gòu)隨后，使用掃描電子顯微鏡(SEM)捕獲到MOF-NS層的可逆變形（圖2A）。具有軟結(jié)構(gòu)的垂直生長方向使得納米片在暴露于高功率電子束時能夠發(fā)生變形。我們觀察到三種類型的變形：翻轉(zhuǎn)、扭曲和搖擺（圖2B）。在變形過程中，納米片通過預(yù)嵌入的ZIF-8種子完整地錨定到基底上。這種現(xiàn)象在塊狀純MOF膜或MMM中不存在。此外，無論彎曲或屈曲（圖2C），在表面或橫截面上都沒有觀察到形態(tài)變化（圖2D），證明了膜的整體柔韌性。圖3：PDMS改性MOF-NS/PVDF膜滴定涂層特性。滲透汽化膜的性能主要受兩個因素的影響：客體分子在膜表面的溶解度差異和客體分子在膜基質(zhì)中的擴(kuò)散速率。作者使用滴定涂層來密封MOF-NS/PVDF上的分子尺度缺陷，并構(gòu)建具有超疏水性和內(nèi)部快速分子擴(kuò)散途徑的雙功能膜（圖3A）。涂覆的PDMS隨著滴定時間的增加而增加，復(fù)合層中MOF-NS的百分比降低（圖3C）。首先在PVDF基材上生長MOF，然后利用PDMS涂層可以在聚合物中填充均勻且高負(fù)載的填料。MOF-NS/PVDF的高粗糙度導(dǎo)致水接觸角幾乎為零（圖3D）。15秒滴定涂層（PDMS/MOF-NS/PVDF-15s）的接觸角達(dá)到158.3°，表現(xiàn)出超疏水性，遠(yuǎn)大于PDMS/PVDF膜（108.0°））。圖4：膜的滲透蒸發(fā)性能和模擬傳輸通道以及形態(tài)對進(jìn)料流動行為的影響。與原始PDMS/PVDF相比，MOF-NS/PVDF表現(xiàn)出超高通量，但由于分子尺度缺陷較大，導(dǎo)致分離因子較低（圖4A）。具有高表面結(jié)晶度的MOF-NS由[Zn2(MeIm)4]n網(wǎng)格狀平面和9.6 ?的垂直層間距組成（圖4B和4C）。DFT計(jì)算得出的MOF-NS層間孔徑約為4.2至4.4 ?（圖4D），使得乙醇的傳質(zhì)通道有限。垂直方向的流動通道（圖4C）與客體分子的流動方向?qū)R，減少了運(yùn)輸阻力。密封的PDMS/MOF-NS/PVDF-15s的總通量為6.8 kg/(m2·h)，比原始PDMS/PVDF高12.6倍，并且分離因子略有增加（圖4A）。與其他*先進(jìn)的聚合物基質(zhì)膜相比，它的通量顯著提高（圖4E）。隨后，進(jìn)行了膜的性能測試（圖4F）。PDMS可防止?jié)B透對MOF-NS進(jìn)行過度沖刷。PDMS/MOF-NS/PVDF結(jié)構(gòu)在兩個方面有利于滲透汽化性能：（i）粗糙的表面增加了進(jìn)料的湍流（圖4H），降低了邊界層內(nèi)的傳質(zhì)阻力以及通過減輕濃度和溫度極化現(xiàn)象來增加分子傳輸?shù)尿?qū)動力。此外，納米結(jié)構(gòu)的超疏水表面還可以提高發(fā)酵液滲透蒸發(fā)的抗污染性。(ii) 粗糙表面還增加了滲透的有效接觸面積。綜上所述，作者報(bào)道了一種在聚合物基底上創(chuàng)建具有蜂巢結(jié)構(gòu)的高度柔性金屬有機(jī)框架納米片（MOF-NS）膜的策略。MOF-NS膜的蜂窩狀結(jié)構(gòu)提供了大的比表面積、高粗糙度和快速的分子傳輸通道。受控生長和表面涂覆方法有效地生產(chǎn)了柔性且無缺陷的超疏水MOF-NS膜。MOF-NS中的超快傳輸通道在40℃下滲透蒸發(fā)乙醇-水時表現(xiàn)出超高通量和8.9的分離因子，可用于生物燃料回收。該文章選自Science.文獻(xiàn)鏈接：Li-Hao Xu et al. ,Highly flexible and superhydrophobic MOF nanosheet membrane for ultrafast alcohol-water separation.Science378,308-313(2022).
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上海卷柔新技術(shù)光電有限公司是一家專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)光學(xué)儀器及其零配件的高科技企業(yè)，公司2005年成立在上海閔行零號灣創(chuàng)業(yè)園區(qū)，專業(yè)的光電鍍膜公司，技術(shù)背景依托中國科學(xué)院，卷柔產(chǎn)品主要涉及光學(xué)儀器及其零配件的研發(fā)和加工；光學(xué)透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監(jiān)控等光學(xué)鍍膜產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，為全球客戶提供上等的產(chǎn)品和服務(wù)。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴(yán)格工藝標(biāo)準(zhǔn)的閉環(huán)式流程技術(shù)制備體系，能夠制備各種超高性能光學(xué)薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應(yīng)用領(lǐng)域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫(yī)用激光器、光學(xué)科研，紅外制導(dǎo)、面部識別、VR/AR應(yīng)用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業(yè)燈具照明，廣告機(jī)，點(diǎn)餐機(jī)，電子白板，安防監(jiān)控等。
卷柔新技術(shù)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的全自動生產(chǎn)線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產(chǎn)線能夠生產(chǎn)全球先進(jìn)的減反射玻璃。鍍膜版面可達(dá)到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產(chǎn)生產(chǎn)能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點(diǎn)，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應(yīng)用性，新意突出，實(shí)用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優(yōu)于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點(diǎn):高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(qiáng)(耐候性強(qiáng)于玻璃),玻璃長期使用存放不發(fā)霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機(jī)玻璃、節(jié)能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護(hù)玻璃等多行業(yè)。
我們的愿景：卷柔讓光學(xué)更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術(shù)！
我們的目標(biāo)：以高質(zhì)量的產(chǎn)品，優(yōu)惠的價格,貼心的服務(wù)，為客戶提供優(yōu)良的解決方案。
上海卷柔科技以現(xiàn)代鍍膜技術(shù)為核心驅(qū)動力，通過鍍膜設(shè)備、鍍膜加工、光學(xué)鍍膜產(chǎn)品服務(wù)于客戶，努力為客戶創(chuàng)造新的利潤空間和競爭優(yōu)勢，為中國的民族制造業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
