氨基功能化ZIF-L晶体增强混合基质膜界面相容性及其在苯酚/水分离中的高效渗透汽化性能

针对工业废水中苯酚高效回收难题，研究人员通过氨基和芳香环双功能化ZIF-L晶体（ZIF-L-NH2 ）与Pebax? 2533复合制备混合基质膜（MMMs），实现了59.79分离因子和1.93 kg/m2 ·h通量的突破性性能，解决了传统膜材料选择性与渗透性难以兼顾的问题，为高浓度苯酚废水处理提供了新策略。

　　

工业废水中的苯酚污染是环境治理的顽疾，其高毒性和难降解性对生态系统构成严重威胁。传统处理方法如蒸馏和吸附存在能耗高、效率低等缺陷，而膜分离技术因其节能环保特性成为研究热点。然而，聚合物膜普遍面临选择性与渗透性此消彼长的“trade-off效应”，而填充无机材料的混合基质膜（Mixed Matrix Membranes, MMMs）又易出现填料团聚和界面缺陷。如何通过材料设计突破这一瓶颈，成为领域内亟待解决的科学问题。

山西某研究团队在《Applied Surface Science》发表的研究中，创新性地提出双功能化策略：以同时含氨基和芳香环的2-氨基苯并咪唑（2abIm）为配体，通过混合配体法合成氨基功能化ZIF-L晶体（ZIF-L-NH₂
），并将其嵌入Pebax? 2533基质中制成MMMs。该设计巧妙利用氨基与聚合物的氢键增强界面相容性，芳香环则通过π-π相互作用强化苯酚亲和力，最终在80℃下对1000 ppm苯酚溶液实现59.79分离因子和1.93 kg/m²
·h通量，性能远超同类膜材料。

关键技术方法
研究采用混合配体法合成ZIF-L-NH₂
晶体，通过SEM、XRD和FTIR表征其形貌与化学结构；采用溶液浇铸法将填料与Pebax? 2533复合制备MMMs；通过渗透汽化实验评估分离性能，并系统考察填料负载量（5-20 wt%）、膜厚（10-30 μm）、温度（50-80℃）和苯酚浓度（1000-18,000 ppm）的影响；采用长期稳定性测试（60小时）验证膜材料的工业应用潜力。

研究结果

1. ZIF-L-NH₂
   晶体特性：SEM显示晶体呈叶片状，2abIm配体占比最高达7.10 mol%，氨基和芳香环的引入未破坏ZIF-L框架结构。
2. 界面相容性提升：FTIR证实ZIF-L-NH₂
   的氨基与Pebax? 2533的醚键形成氢键，使15 wt%高负载下填料仍均匀分散，无界面缺陷。
3. 分离性能突破：最优MMMs在80℃下对1000 ppm苯酚溶液的分离因子达59.79，通量1.93 kg/m²
   ·h，且18,000 ppm高浓度下性能稳定。
4. 长效稳定性：60小时连续测试中通量与选择性衰减率<5%，显著优于未功能化ZIF-L填充的MMMs。

结论与意义
该研究通过配体工程赋予MOFs多重功能位点，首次实现氨基与芳香环协同优化MMMs的界面结构和分离性能。双功能化策略不仅解决了高负载填料的分散难题，还通过化学相互作用精准调控膜的选择性渗透行为。相比文献报道的ZIF-8-NH₂
/PVA（分离因子提升177%）或Co-UMOFNs/Pebax（通量仅0.60 kg/m²
·h），本研究MMMs在保持高选择性的同时通量提升3倍以上，为工业废水高值组分回收提供了兼具高效性和经济性的膜材料设计范式。未来通过配体种类拓展和聚合物基质优化，该策略有望延伸至其他极性/非极性体系分离领域。