Chem. Eur. J. ：具有亚纳米通道的MOF阵列助力一价/多价金属离子高效分离

一价/多价金属离子的高效分离是实现含盐废水处理、盐湖提锂等重要应用的关键一环。通过尺寸筛分效应，具有亚纳米通道的分离膜可以实现一价/多价金属离子的高效分离。开发兼具高选择性、高通量的离子分离膜具有重要的应用前景，也面临着巨大挑战。

近期，武汉理工大学张鹏超研究员和北京师范大学蒋亚楠副教授合作，在中国科学院理化技术研究所江雷院士和武汉理工大学陈文教授的指导下，通过表面浸润性调控微米通道内油水界面的位置，利用限域界面反应室温快速制备具有亚纳米通道的金属有机框架（MOF）通道膜，实现了一价/多价金属离子的高效分离。

图1. MOF通道膜的合成示意图及其形貌

MOF通道膜由具有微米级通孔的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）基膜和填充于微米通孔中的具有亚纳米通道（0.85nm）的MOF（即HKUST-1，图1）组成。MOF阵列是在微米通孔中基于限域界面反应制备而成。我们发现，微米通孔中油水界面的位置对于海胆状MOF阵列的形成至关重要。初始状态的PET膜上下表面过大的油/水接触角差值导致了油水界面的接近水相，油相传质距离变长，导致低质量MOF的形成。进一步通过降低两个表面之间接触角差值接近于0°，使油水界面位置位于微米通孔中间，从而制备了高质量MOF阵列（图2）。基于该制备策略，还成功制备ZIF-8通道膜。

图2. 表面浸润性对MOF阵列形成的影响

作者进一步对MOF通道膜的金属离子筛分性能进行研究，发现HKUST-1通道膜具有优异的一价/多价金属离子选择性以及一价金属离子高渗透性（图3）。一价锂离子（Li⁺）对三价铝离子（Al³⁺）、铬离子（Cr³⁺）和四价锆离子（Zr⁴⁺）的选择性分别高达3292±329、3168±218和3930±373。同时Li⁺离子的通量达到1.97 mol h^-1 m^-2。该研究对开发具有亚纳米通道的MOF分离膜提供了新途径，在含盐废水处理、盐湖提锂等国家战略新兴领域具有巨大的应用前景。

图3. MOFC膜的离子分离性能

论文信息

Wettability-Regulated Synthesis of Metal–Organic Framework Array with Subnanochannels Enables Efficient Separation of Mono-/Multivalent Metal Ions

Zihan Wu, Chen Li, Cheng Huang, Sha Cheng, Xiaozhi Ouyang, Wen Chen, Pengchao Zhang, Yanan Jiang, and Lei Jiang

该工作的第一作者是武汉理工大学硕士研究生吴子涵，张鹏超研究员和蒋亚楠副教授为论文共同通讯作者。

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202301163