多层自组装超疏水中空纤维MOF膜及膜接触器

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21476206
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The material properties and porosity of porous membranes are key points in the application of membrane contactors (MC). In order to solve the serious problems of membrane fouling and wetting, as well as to improve the membrane stability and separation performance, novel solvent and thermal resistant hollow fiber MOF membranes with superhydrophobicity will be introduced into MC in this project. First, the phase-inversion or stretching method will be used to prepare polymer hollow fiber membranes (HFMs) with high porosity. The HFMs will be impregnated by precursor solution from metal-organics and subjected to heat-treatment, so the mixed matrix membranes with good solvent and thermal resistance can be obtained. Second, to increase membrane hydrophobicity and reduce membrane resistance, the superhydrophobic metal-organic framework (MOF) crystals prepared by hydrothermal or solvothermal methods will be mixed with different silicanes as coating materials on the above solvent and thermal resistant mixed matrix membranes. The new silicane/MOF composite membranes can be fabricated with low membrane resistance. Finally, to further improve the hydrophobicity of membranes in MC, a continuous, defect free and compact superhydrophobic MOFs layer will be grown on the HFMs. The prepared multi-layer self-assembly MOF membranes will be used as hollow fiber structured packings for distillation of the alcohol/water solution. The resistances on the side of membrane and two fluid phases will be studied. The mechanism of mass transfer will be analyzed, and theoretical model will be established.
本项目从接触器用分离膜的材料特性和微孔性能出发,通过对新型超疏水中空纤维MOF膜的制备研究,为有效解决膜接触器所面临的膜污染和膜润湿问题,提高其分离效率提供新材料新方法。首先,采用拉伸或相转化法制备高孔隙率不同材料的聚合物中空纤维膜,将金属有机化合物配置成无机骨架前驱体,对有机膜进行浸渍和煅烧处理,制备耐热耐溶剂性混合基质膜。其次,采用水(溶剂)热法制备超疏水金属有机骨架材料MOFs颗粒,与不同硅烷共混,对获得的基质膜进行涂覆改性,形成低膜阻的硅烷/MOF复合层。再采用化学接枝法或晶种法进行设计,合成出无缺陷、连续、致密的多层自组装超疏水中空纤维MOF膜。利用所获得的MOF膜,制备高效新型膜结构填料接触器,在醇-水等体系进行精馏分离试验,研究膜侧阻力的分布和变化规律,分析其传递机理,建立相应的数学模型。

结项摘要

本课题首先从分离膜的材料特性和微孔性能出发,对聚丙烯腈、聚偏氟乙烯等聚合物有机膜材料进行杂化、交联或胺化改性设计,制备新型中空纤维MOF膜接触器所需的化学稳定性和热稳定性较强的基膜,打破现有膜接触器在苛刻条件下使用的限制。 其次,立足于金属有机骨架材料MOFs的孔道和结构优势,创新性地通过转化法及原位配体-溶剂热法等,合成出非活化超疏水MOF阵列以及不同拓扑结构、稳定性较高的MOFs材料,使其可以原位转化已合成、易制备的MOF膜为另一种目前不能制备的MOF膜,通过将金属盐固定于转化后的MOFs中以减小MOFs材料的孔径,同时通过暴露合成的晶面,进而提高MOF膜的分离性能。第三,采用高温溶剂热法及金属凝胶法等,制备出不同系列的高硬度MOF /聚合物复合膜。在此基础上,采用MOFs材料作为硅烷的共混介质,大幅减少了现有膜接触器普遍存在的较高跨膜阻力,经醇-水等体系精馏分离试验及传递学分析,优化制备了分离性能优异的新型MOF/PDMS中空纤维复合膜接触器。创新性地研究开发出了一种高效、快速制备超薄MOF膜的方法-凝胶-气相沉积法,在获得连续超薄膜的同时,可以直接放大制备超大有效面积的中空纤维MOF膜接触器,从而有利于实现规模化MOF膜及其器件的制备。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Advanced membrane bioreactors systems: New materials and hybrid process design
先进的膜生物反应器系统:新材料和混合工艺设计
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2018.08.062
  • 发表时间:
    2018-12-01
  • 期刊:
    BIORESOURCE TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Qin, Lei;Zhang, Yufan;Zhang, Guoliang
  • 通讯作者:
    Zhang, Guoliang
Transformation of metal-organic frameworks for molecular sieving membranes.
分子筛膜金属有机骨架的转化
  • DOI:
    10.1038/ncomms11315
  • 发表时间:
    2016-04-19
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Li W;Zhang Y;Zhang C;Meng Q;Xu Z;Su P;Li Q;Shen C;Fan Z;Qin L;Zhang G
  • 通讯作者:
    Zhang G
Assembly of MOF Microcapsules with Size-Selective Permeability on Cell Walls
在细胞壁上组装具有尺寸选择性渗透性的 MOF 微胶囊。
  • DOI:
    10.1002/anie.201508795
  • 发表时间:
    2016-01-18
  • 期刊:
    ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Li, Wanbin;Zhang, Yufan;Zhang, Guoliang
  • 通讯作者:
    Zhang, Guoliang
Organic-acid-directed assembly of iron-carbon oxides nanoparticles on coordinatively unsaturated metal sites of MIL-101 for green photochemical oxidation
有机酸引导在 MIL-101 配位不饱和金属位点上组装铁碳氧化物纳米粒子,用于绿色光化学氧化
  • DOI:
    10.1016/j.apcatb.2015.06.001
  • 发表时间:
    2015-12-01
  • 期刊:
    APPLIED CATALYSIS B-ENVIRONMENTAL
  • 影响因子:
    22.1
  • 作者:
    Qin, Lei;Li, Zhaowen;Zhang, Guoliang
  • 通讯作者:
    Zhang, Guoliang
Antimicrobial polysulfone blended ultrafiltration membranes prepared with Ag/Cu2O hybrid nanowires
Ag/Cu2O杂化纳米线制备抗菌聚砜共混超滤膜
  • DOI:
    10.1016/j.memsci.2016.02.035
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
    J. Membr. Sci
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Z. Xu;S. Ye;G. Zhang;W. Li;C. Gao;C. Shen;Q. Meng
  • 通讯作者:
    Q. Meng

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其他文献

铜粉粒径对机械镀Cu-Zn镀层性能的影响
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    何明奕
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新型膜接触器应用于废气处理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Recent Patents on Engineering
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张国亮
亲水改性PVDF膜材料及其膜生物反应器应用
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张国亮
纳米材料用于薄层复合正渗透膜的制备
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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    张国亮
基于CiteSpace的灵芝孢子粉研究知识图谱分析
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    10.13748/j.cnki.issn1007-7693.2021.12.002
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    赵建霞;李振宇;张国亮;徐靖;王瑛;李明焱;李振皓
  • 通讯作者:
    李振皓

其他文献

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AI项目解读示例

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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