科研进展工作总结

月工作总结表（2017-0728）

参考文献：[1] Chenghong Wang et.al. Applications of water stable metal –organic frameworks.

Chem. Soc. Rev., 2016,45, 5107.

日期：2017.07.28

姓名： 邱林远 指导老师：董应超 教授

研究方向： MOF 复合膜的水处理应用

MOF@SR-AOP 核壳结构

本月工作内容及主要研究结论和发现（可附页）

1. 两个研究方向相关文献的阅读与相关调研。主要阅读文献包括：MOF 膜最新研究进展综述[1]（杨老师），

2维MOF 纳米片最新制备工艺，MOF 膜在水处理方面的应用相关文章，水稳定性好的3D MOF 膜水应用脱盐文章，以及膜性能的渗透性与选择性之间权衡关系文章。调研制成表格包括（1）水稳定性好的MOF 总结（仍在继续），（2）MOF 膜在水分离相关应用的文献调研（3）高分散铁钴尖晶石制备工

艺（4）纳米片剥离后的表征方法等。详见附录。

2. 重力驱动α-Al 2O 3/CoFe 2O 4复合膜课题小论文的进一步修改，TOC 表以及相关图表的重新制作。

3. MOF 复合膜水处理应用课题，为本月的主要工作课题。Qc-5-Cu-sql-α的制备脱气，制备β相以及FESEM 表征，另外还进行了初步剥离以及热滴涂成膜，目前在剥离上对三种溶剂，两个球磨频率进行了实验，对两种热滴涂方式在3YTZP 载体上进行了初步实验。能得到纳米片，但存在大小厚度不均匀，剥离产率低下问题；热滴涂方面只能得到极少面积的纳米片覆盖区域。

4. MOF@SR-AOP 核壳结构课题；制备了铁钴尖晶石。并尝试直接铁钴尖晶石为铁源以及以三价铁离子为铁源进行制备核壳结构。但还未进行结果表征。调研了制备高分散铁钴尖晶石颗粒的相关文献。

5. 操作学习：万能材料试验机的操作学习，片状载体制备，压片操作的学习等。

6. 外送样品测试：寄港大测试样品（李友玲的样，QCM 测试）测试数据已经拿到，正在分析。

下月工作打算及进度目标

1. MOF 复合膜水处理应用课题实验：完善纳米片表征方法并进行SEM ，TEM 表征，继续考察更多溶剂

（种类和量）对剥离的影响，找出影响剥离效果的关键因素。量化参数及表征结果（纳米片厚度，大

小等）

2. MOF 复合膜水处理应用课题实验：载体因素对热滴涂的影响以及优化实验。进一步得到更大面积的复

合膜。

3. 核壳结构实验：单壳层核壳结构的TEM 表征，制备出高分散的铁钴尖晶石颗粒，并进行SEM 表征。

4. 有关论文中如何美观作图的专题报告。

5. 相关文献的阅读，计划阅读2篇关于MOF 膜的综述，学习基本知识。

论文及专利进展情况 （结合年度情

况，描述已接受、已投稿、正撰写等论文专利概况）

无。

1.有关MOF复合膜水处理应用调研：

发现目前MOF膜应用于水处理的已发表文献很少，而且高水平期刊上更少。应用方面可分为以下几种：（1）脱盐和去除某些水中离子，3篇；（2）醇脱水，膜蒸馏，2篇；（3）将水从蛋白质，牛血清蛋白（BSA）中分离，2篇。（4）脂类与水分离1篇。另外，MOF膜的种类大部分是MMMs膜，即将MOF 颗粒掺杂到基质中成膜，部分是纯3D MOF复合膜。目前关于2D MOF膜在水中的应用还未见报道。目前的2D MOF膜均应用于气体分离。如果能够制备出2D MOF膜应用于水中某方面的污染物分离，将具备创新性。

在膜性能方面，根据具体应用的不同，截留率和通量差异较大，应用于脱盐的MOF膜，水通量在0.14LMHbar，而应用于BSA中脱离水的MOF膜，水通量能达到301LMHbar。这两者MOF均为UiO-66系列。截留率方面也没有很大的可比性。

另外，基于膜的分子筛分原理，考虑到若制备的MOF膜应用于水中膜分离，水净化，则待分离的污染物分子直径应该比水大，而且要比MOF孔径大。

目前我们研究的MOF材料：Qc-Cu-β孔径为3.3埃，水分子直径在3埃以下，

是可以分离水的。于是对某些小分子进行了直径的查询，结果如下：

其中，由于大部分金属离子在水中都是水合金属离子状态，直径在6埃以上。目前该表格还在进一步完善中。

但具体目标污染物还得进一步确定，希望能够找到水中常见，难以用膜分离之外的方法进行去除的小分子污染物。

2.有关于水中稳定性好的可能适合做核壳结构壳层材料的MOF调研。

适合做核壳结构用于AOP的MOF材料从理论上来说是必须具备（1）很好的水中稳定性；（2）高比表面积，以便提供更多的活性位点；（3）合适的孔径和空腔，并且空腔尽可能大一些，以便容下催化剂颗粒。单从上表中MOF来看，MIL系列比较适合。尤其是MIL-101，考虑到Cr对环境的潜在影响大，选用MIL-101(Fe)。

下一步计划进一步对MIL系列MOF做调研，看能否找到更合适的MOF作为壳层材料。

3 MOF复合膜水应用实验重要结果总结

3.1 剥离实验表明已经实验过的所有溶剂都能使得剥离后以及剥离后静置7

天的纳米片悬液产生丁达尔现象，但目前甲醇和正丙醇混合溶剂剥离后得到的纳米片效果更好。

图1. 用不同溶剂剥离以及球磨条件（转速，是否球磨）剥离后纳米片悬液产生丁达尔现象

对上图中7-5,1#，3A进行了SEM表征。

图2. 纳米片的SEM表征

发现甲醇+正丙醇剥离后能形成较大的纳米片。但，本表征前样品预处理存在改进之处，载体为铝箔，和文献中不一致，下次表征时应采用和文献中一致的表征方法。

3.2 热滴涂效果

第一次热滴涂采用的是甲醇+正丙醇剥离的纳米片悬液，将3YTZP载体滴满连续滴涂，温度125摄氏度，滴涂量为一片载体5mL。得到效果并不能看到纳米片覆盖的载体形成膜现象，第二次滴涂在其他条件不变的情况下，温度升高到150摄氏度，滴涂量为半片载体

5mL，滴涂方式变为小面积滴涂，等溶剂蒸发后继续小面积滴涂。最后得到的效果比第一次好，有部分区域小面积的膜出现。如下

图3 热滴涂成膜效果FESEM表征图：A1，A2 表面图，B1, B2断面图。

日期：2017.07.28