具有双过滤通道的层次状纤维素–COF复合膜，用于实现高通量和高选择性的分离

《Advanced Fiber Materials》：Hierarchical Cellulose–COF Composite Membranes with Dual-Sieving Channels for High-Flux and High-Selectivity Separation

　　

摘要

共价有机框架（COF）膜凭借其可编程的孔结构和可调的化学环境，在水净化和污染物分离方面具有巨大潜力。然而，同时实现高渗透性和选择性仍是一个关键挑战。受到硅藻细胞壁生物矿化机制的启发，我们通过将静电纺丝纤维素纳米纤维与原位生长的COF层结合，制备了一种仿生分级纳滤膜（ECNF/COF膜）。该膜具有多尺度传输通道，包括由微球连接形成的颈部结构、颗粒内部的曲折路径以及内在的COF纳米孔，从而实现了高效且选择性的分子传输。通过硫醇-烯类点击化学反应并引入磺酸基团，制备出了ECNF/SCOF膜，同时调节了其润湿性（水接触角从150.4°降至2.7°）、表面电荷（ζ电位从-1.5 mV降至-21.8 mV）和孔径（从2.8 nm降至1.4 nm）。ECNF/COF和ECNF/SCOF膜对W/O和O/W乳液的分离效率分别超过了99%。在混合染料/盐体系中，ECNF/SCOF膜实现了超过99%的染料去除率，同时保持了高盐渗透性（盐去除率低于10%）。分子动力学模拟证实了“尺寸筛选加静电屏障”的协同作用机制，阐明了结构与表面化学性质之间的相互作用。这项工作提出了一种可编程的多尺度结构-界面协同调控策略，为复杂液体污染系统中的高性能净化提供了新的见解。

图形摘要