冰晶模板法构筑高渗透性GO/MOF有机溶剂纳滤膜及其分离机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878004
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Organic Solvent Nanofiltration (OSN) is a widely investigated membrane separation technology, which is environmentally friend and features high efficacy in the separation of mixed solvents in pharmaceutical and chemical engineering. OSN membranes with controllable mass transfer, high performance and stability represents major needs for this area of research. Graphene Oxide (GO) has been extensively studied as a novel membrane material owing to its unique confined-transfer ability as well as outstanding separation potential. Nevertheless, the nano-channel of GO membranes is susceptible to external pressure, resulting in declined permeability with time. This project proposes a strategy to prepare high performance GO/Metal-Organic Framework (GO/MOF) composite OSN membranes through the combination of ice-templating and in-situ growth of MOF, which allows the extension of interlayer spacing of GO sheets and defect fixing. Effects of membrane structure and operation condition were systematically investigated to figure out the optimal OSN membranes. Chemical modification was further applied to enhance the solvents permeability and the solutes rejection of. In this project, a synergistic design of ice-templating, in-situ growth and surface modification is proposed. It provides not only a pathway to fabricate high performance GO composite OSN membranes with controllable mass transfer channels, but also shed light on the OSN separation mechanism, which is of important value from scientific and practical perspectives.
有机溶剂纳滤(OSN)是一种广泛应用于医药、化工领域混合溶剂分离纯化的膜技术,具有绿色高效的优点。开发具有可控传质、高性能、稳定OSN膜是该领域亟需解决关键问题。氧化石墨烯膜(GO)因其独特限域促进传质能力和优异的分离潜能被广泛用于分离膜研究,但其缺陷孔通道耐压密差,渗透性易衰减。针对这一问题,本项目提出冰晶模板法,结合金属有机框架材料(MOF)在GO膜内原位生长,增加GO片层间距和支撑微观缺陷孔并创造传质通道,制备结构优化的GO/MOF杂化膜,获得高渗透性OSN性能。研究膜结构和操作条件对有机分子分离性能的影响,选择性能较优的杂化膜,通过化学修饰进一步强化有机分子传质,提高OSN膜分离性能。本项目提出了冰晶模板法-原位杂化技术-膜表面改性手段协同的设计思路,建立了制备传质可控、性能稳定GO杂化膜的新途径,研究了有机溶剂高性能膜分离机制,具有重要的理论与实际价值。

结项摘要

氧化石墨烯膜(GO)因其独特限域促进传质能力和优异的分离潜能被广泛用于分离膜研究,但其缺陷孔通道耐压密差,渗透性易衰减。针对这一问题,以GO为筑膜纳米基元,自下而上进行组装成膜,采用低场核磁(LF-NMR)与X射线衍射(XRD)联用,识别和分析GO膜内有序和无序堆叠结构。提出“冰晶模板-选择杂化”和“凝胶限域-交联刚化”的策略,增加GO片层间距和支撑微观缺陷孔并创造传质通道,构建了耐高压稳定的纳米和亚纳米结构联通的快速溶剂传递通道的GO基纳滤膜;根据Onsager模型提出的空间体积排斥效应,建立了GO分散液临界浓度模型,推演了GO膜内两种堆叠极限结构,并通过模型指导,进行GO膜可控组装实现CO2的高效分离。研究膜结构和操作条件膜分离性能的影响规律,阐明了高通量的传输机制。本项目研获得的GO膜结构强化路径以及可控组装构建的理论模型,为构筑高性能GO膜提供了指导,具有重要的科学意义以及应用前景。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Fabrication of stable polyelectrolyte complexed membrane for dye/salt separation via dynamic self-assembly coupled ice-templating technique
通过动态自组装耦合冰模板技术制备用于染料/盐分离的稳定聚电解质复合膜
  • DOI:
    10.1016/j.desal.2022.115803
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    Desalination
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Wen-Hai Zhang;Zhi-Jie Liu;Ming-Jie Yin;Yun-Han Ren;Cheng-Gang Jin;Naixin Wang;Quan-Fu An
  • 通讯作者:
    Quan-Fu An
Two-step hierarchical crosslinking to construct acid-resistance membrane for pervaporation dehydration of artificial esterification reaction
两步分级交联构建人工酯化反应渗透汽化脱水耐酸膜
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2022.120396
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Wang Han;Zhao-Xu Wang;Ming Jie Yin;Wenming Zhang;Cheng-Gang Jin;Naixin Wang;Quan-Fu An
  • 通讯作者:
    Quan-Fu An
Impact of crosslinking on organic solvent nanofiltration performance in polydimethylsiloxane composite membrane: Probed by in-situ low-field nuclear magnetic resonance spectroscopy
交联对聚二甲基硅氧烷复合膜有机溶剂纳滤性能的影响:原位低场核磁共振波谱探测
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2021.119382
  • 发表时间:
    2021-05-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF MEMBRANE SCIENCE
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Li, Chong;Li, Jie;An, Quan-Fu
  • 通讯作者:
    An, Quan-Fu
Intensification of mass transfer for zwitterionic amine monomers in interfacial polymerization to fabricate monovalent salt/antibiotics separation membrane
界面聚合中两性胺单体强化传质制备单价盐/抗生素分离膜
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2021.120050
  • 发表时间:
    2021-11
  • 期刊:
    Journal of Membrane Science
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Bin Wu;Naixin Wang;Jian-Hui Lei;Yue Shen;Quan-Fu An
  • 通讯作者:
    Quan-Fu An
Nanofiltration membranes consisting of quaternized polyelectrolyte complex nanoparticles for heavy metal removal
由季铵化聚电解质复合纳米粒子组成的纳滤膜用于去除重金属
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2018.11.085
  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Chun-Chun Ye;Quan-Fu An;Jia-Kai Wu;Feng-Yang Zhao;Pei-Yao Zheng;Naixin Wang
  • 通讯作者:
    Naixin Wang

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其他文献

用于有机溶剂体系分离的氧化石墨烯基复合膜的构筑
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王晓琳
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聚酰胺纳滤膜及包含两性离子的制备方法
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  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
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  • 作者:
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    高从堦
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张丽龙;汪林;王乃鑫;李晓婷;纪树兰;安全福
  • 通讯作者:
    安全福

其他文献

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可控离子化聚酰胺纳滤膜的构建与服役过程结构演变研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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