SIOC English
化学学报
高级检索

化学学报 >

2020 , Vol. 78 >Issue 6: 466 - 477

DOI: https://doi.org/10.6023/A20030088

综述

共价有机框架膜的制备及其在海水淡化和水处理领域的研究进展

  • 蒋成浩 ,
  • 冯霄 ,
  • 王博
展开
  • 北京理工大学 化学与化工学院 北京 100081
蒋成浩,北京理工大学化学与化工学院2017级硕士研究生,研究方向为共价有机框架薄膜的制备与应用;冯霄,北京理工大学化学与化工学院教授,国家自然科学基金优秀青年科学基金获得者.主要从事共价有机框架材料等晶态多孔材料的构效关系研究以及膜分离相关领域应用研究;王博,北京理工大学化学与化工学院教授,国家万人计划领军人才,国家自然科学基金杰出青年科学基金获得者.主要从事新型功能多孔材料的设计与合成、功能化修饰及其应用研究相关工作.

收稿日期: 2020-03-25

  网络出版日期: 2020-05-21

基金资助

项目受国家自然科学基金（Nos.21922502，21674012，21625102，21471018）和北京理工大学基础研究基金资助.

收起

Preparation of Covalent Organic Framework Membranes and Their Applications in Seawater Desalination and Water Treatment

  • Jiang Chenghao ,
  • Feng Xiao ,
  • Wang Bo
Expand
  • School of Chemistry and Chemical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081

Received date: 2020-03-25

  Online published: 2020-05-21

Supported by

Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 21922502, 21674012, 21625102, 21471018) and Beijing Institute of Technology Research Fund Program.

Fold

摘要

日益严重的水资源短缺和水资源污染问题是全球面临的挑战，大力发展海水淡化和水处理技术是缓解该问题的有效途径.近年来，能耗低、环境友好的膜分离技术被广泛用于海水淡化和水处理领域.共价有机框架（Covalent organic framework，COF）膜因其具有大小可控、化学性质可调的孔道，成为潜在的高性能膜分离材料.本综述详细介绍了COF膜合成方法学的研究进展，概述了COF膜在海水淡化和水处理领域的研究，并展望了其在海水淡化和水处理领域的前景和面临的挑战.

关键词： 共价有机框架; 海水淡化; 水处理; 膜分离

本文引用格式

蒋成浩 , 冯霄 , 王博 . 共价有机框架膜的制备及其在海水淡化和水处理领域的研究进展[J]. 化学学报, 2020 , 78(6) : 466 -477 . DOI: 10.6023/A20030088

Abstract

The increasing shortage of freshwater resources and water pollution are important challenges facing the world, and vigorous development of seawater desalination and water treatment technologies is an effective way to alleviate this problem. In recent years, low energy consumption and green membrane-separation technology has been widely used in the fields of seawater desalination and water treatment. Covalent organic framework (COF) membranes are potential high-performance membrane separation materials due to their adjustable pore size and chemical environment. In this paper, the research progress of COF-membranes synthesis methodology is introduced in detail, the research of COF membranes in seawater desalination and water treatment is summarized, and the challenges and perspectives of COF membranes for seawater desalination and treatment are elaborated.

Key words： covalent organic framework; seawater desalination; water treatment; membrane separation

参考文献

[1] Service, R. F. Science 2006, 313, 1088.
[2] Elimelech, M. J. Water Supply Res. T. 2006, 55, 3.
[3] Elimelech, M.; Phillip, W. A. Science 2011, 333, 712.
[4] Werber, J. R.; Deshmukh, A.; Elimelech, M. Environ. Sci. Tech. Let. 2016, 3, 112.
[5] Cussler, E. L.; Dutta, B. K. AlChE J. 2012, 58, 3825.
[6] Hua, B.; Xiong, H.; Kadhom, M.; Wang, L.; Zhu, G.; Yang, J.; Cunningham, G.; Deng, B. Water Environ. Res. 2017, 89, 974.
[7] Shannon, M. A.; Bohn, P. W.; Elimelech, M.; Georgiadis, J. G.; Mariñas, B. J.; Mayes, A. M. Nature 2008, 452, 301.
[8] Qu, K. Y.; Han, Q. X Construction & Design for Project 2020, 02, 140(in Chinese). (曲科宇, 韩庆祥, 工程建设与设计, 2020, 02, 140.)
[9] Robeson, L. M. J. Membr. Sci. 2008, 320, 390.
[10] Gin, D. L.; Noble, R. D. Science 2011, 332, 674.
[11] Wang, S.; Feng, X.; Wang, B. Chin. Sci. Bull. 2018, 63, 2229.
[12] Huang, N.; Wang, P.; Jiang, D. L. Nat. Rev. Mater. 2016, 1. 1.
[13] Feng, X.; Ding, X. S.; Jiang, D. L. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 6010.
[14] Qian, H. L.; Yang, C. X.; Wang, W. L.; Yang, C.; Yan, X. P. J. Chromatogr. A 2018, 1542, 1.
[15] Kandambeth, S.; Dey, K.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 1807.
[16] Li, L. L.; Liu, S.; Zhang, Q.; Hu, N. T.; Wei, L. M.; Yang, Z.; Wei, H. Acta Phys.-Chim. Sin. 2017, 33, 1960(in Chinese). (李路路, 刘帅, 章琴, 胡南滔, 魏良明, 杨志, 魏浩, 物理化学学报, 2017, 33, 1960.)
[17] Zhou, B.; Chen, L. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 487(in Chinese). (周宝龙, 陈龙, 化学学报, 2015, 73, 487.)
[18] Wang, Z.; Li, H.; Yan, S.; Fang, Q. Acta Chim. Sinica 2020, 78, 63(in Chinese). (王志涛, 李辉, 颜士臣, 方千荣, 化学学报, 2020, 78, 63.)
[19] Cote, A. P.; Benin, A. I.; Ockwig, N. W.; O'Keeffe, M.; Matzger, A. J.; Yaghi, O. M. Science 2005, 310, 1166.
[20] Uribe-Romo, F. J.; Hunt, J. R.; Furukawa, H.; Klock, C.; O'Keeffe, M.; Yaghi, O. M. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4570.
[21] Kuhn, P.; Antonietti, M.; Thomas, A. Angew. Chem., Int. Ed. 2008, 47, 3450.
[22] Kandambeth, S.; Mallick, A.; Lukose, B.; Mane, M. V.; Heine, T.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 19524.
[23] Zhang, C.; Wu, B. H.; Ma, M. Q.; Wang, Z.; Xu, Z. K. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 3811.
[24] Wang, H.; Zeng, Z. T.; Xu, P.; Li, L. S.; Zeng, G. M.; Xiao, R.; Tang, Z. Y.; Huang, D. L.; Tang, L.; Lai, C.; Jiang, D. N.; Liu, Y.; Yi, H.; Qin, L.; Ye, S. J.; Ren, X. Y.; Tang, W. W. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 488.
[25] Yuan, S. S.; Li, X.; Zhu, J. Y.; Zhang, G.; Van Puyvelde, P.; Van der Bruggen, B. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 2665.
[26] Colson, J. W.; Woll, A. R.; Mukherjee, A.; Levendorf, M. P.; Spitler, E. L.; Shields, V. B.; Spencer, M. G.; Park, J.; Dichtel, W. R. Science 2011, 332, 228.
[27] Han, S. S.; Furukawa, H.; Yaghi, O. M.; Goddard, W. A. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11580.
[28] Sick, T.; Hufnagel, A. G.; Kampmann, J.; Kondofersky, I.; Calik, M.; Rotter, J. M.; Evans, A.; Doblinger, M.; Herbert, S.; Peters, K.; Bohm, D.; Knochel, P.; Medina, D. D.; Fattakhova-Rohlfing, D.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 2085.
[29] Valentino, L.; Matsumoto, M.; Dichtel, W. R.; Marinas, B. J. Environ. Sci. Technol. 2017, 51, 14352.
[30] Feldblyum, J. I.; McCreery, C. H.; Andrews, S. C.; Kurosawa, T.; Santos, E. J. G.; Duong, V.; Fang, L.; Ayzner, A. L.; Bao, Z. N. Chem. Commun. 2015, 51, 13894.
[31] Dai, W. Y.; Shao, F.; Szczerbinski, J.; McCaffrey, R.; Zenobi, R.; Jin, Y. H.; Schluter, A. D.; Zhang, W. Angew. Chem., Int. Ed. 2016, 55, 213.
[32] Shinde, D. B.; Sheng, G.; Li, X.; Ostwal, M.; Emwas, A. H.; Huang, K. W.; Lai, Z. P. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 14342.
[33] Sahabudeen, H.; Qi, H. Y.; Glatz, B. A.; Tranca, D.; Dong, R. H.; Hou, Y.; Zhang, T.; Kuttner, C.; Lehnert, T.; Seifert, G.; Kaiser, U.; Fery, A.; Zheng, Z. K.; Feng, X. L. Nat. Commun. 2016, 7, 13461.
[34] Dey, K.; Pal, M.; Rout, K. C.; Kunjattu, H. S.; Das, A.; Mukherjee, R.; Kharul, U. K.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13083.
[35] Matsumoto, M.; Dasari, R. R.; Ji, W.; Feriante, C. H.; Parker, T. C.; Marder, S. R.; Dichtel, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 4999.
[36] Matsumoto, M.; Valentino, L.; Stiehl, G. M.; Balch, H. B.; Corcos, A. R.; Wang, F.; Ralph, D. C.; Marinas, B. J.; Dichtel, W. R. Chem 2018, 4, 308.
[37] Zhou, D.; Tan, X. Y.; Wu, H. M.; Tian, L. H.; Li, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 58, 1376.
[38] Zwaneveld, N. A. A.; Pawlak, R.; Abel, M.; Catalin, D.; Gigmes, D.; Bertin, D.; Porte, L. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 6678.
[39] Liu, X. H.; Guan, C. Z.; Ding, S. Y.; Wang, W.; Yan, H. J.; Wang, D.; Wan, L. J. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 10470.
[40] Hao, Q.; Zhao, C.; Sun, B.; Lu, C.; Liu, J.; Liu, M.; Wan, L.-J.; Wang, D. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 12152.
[41] Li, G.; Zhang, K.; Tsuru, T. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 8433.
[42] Burke, D. W.; Sun, C.; Castano, I.; Flanders, N. C.; Evans, A. M.; Vitaku, E.; McLeod, D. C.; Lambeth, R. H.; Chen, L. X.; Gianneschi, N. C.; Dichtel, W. R. Angew. Chem., Int. Ed. 2019, 59, 2.
[43] Medina, D. D.; Rotter, J. M.; Hu, Y. H.; Dogru, M.; Werner, V.; Auras, F.; Markiewicz, J. T.; Knochel, P.; Bein, T. J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 1016.
[44] Bisbey, R. P.; DeBlase, C. R.; Smith, B. J.; Dichtel, W. R. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 11433.
[45] Sasmal, H. S.; Aiyappa, H. B.; Bhange, S. N.; Karak, S.; Halder, A.; Kurungot, S.; Banerjee, R. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 10894.
[46] Kandambeth, S.; Biswal, B. P.; Chaudhari, H. D.; Rout, K. C.; Kunjattu, H. S.; Mitra, S.; Karak, S.; Das, A.; Mukherjee, R.; Kharul, U. K.; Banerjee, R. Adv. Mater. 2017, 29, 1603945.
[47] Halder, A.; Ghosh, M.; Khayum, M. A.; Bera, S.; Addicoat, M.; Sasmal, H. S.; Karak, S.; Kurungot, S.; Banerjee, R. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 10941.
[48] Yang, H.; Wu, H.; Yao, Z. Q.; Shi, B. B.; Xu, Z.; Cheng, X. X.; Pan, F. S.; Liu, G. H.; Jiang, Z. Y.; Cao, X. Z. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 583.
[49] Duong, P. H. H.; Kuehl, V. A.; Mastorovich, B.; Hoberg, J. O.; Parkinson, B. A.; Li-Oakey, K. D. J. Membr. Sci. 2019, 574, 338.
[50] Mulzer, C. R.; Shen, L.; Bisbey, R. P.; McKone, J. R.; Zhang, N.; Abruña, H. D.; Dichtel, W. R. ACS Central Sci. 2016, 2, 667.
[51] Zhang, K.; He, Z.; Gupta, K. M.; Jiang, J. Environ. Sci.:Water Res. Technol. 2017, 3, 735.
[52] Gadwal, I.; Sheng, G.; Thankamony, R. L.; Liu, Y.; Li, H.; Lai, Z. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 12295.
[53] Wang, C. B.; Li, Z. Y.; Chen, J. X.; Li, Z.; Yin, Y. H.; Cao, L.; Zhong, Y. L.; Wu, H. J. Membr. Sci. 2017, 523, 273.
[54] Wu, M. Y.; Yuan, J. Q.; Wu, H.; Su, Y. L.; Yang, H.; You, X. D.; Zhang, R. N.; He, X. Y.; Khan, N. A.; Kasher, R.; Jiang, Z. Y. J. Membr. Sci. 2019, 576, 131.
[55] Kuehl, V. A.; Yin, J.; Duong, P. H. H.; Mastorovich, B.; Newell, B.; Li-Oakey, K. D.; Parkinson, B. A.; Hoberg, J. O. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 18200.
[56] Fan, H. W.; Gu, J. H.; Meng, H.; Knebel, A.; Caro, J. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 4083.
[57] Wang, R.; Shi, X. S.; Xiao, A. K.; Zhou, W.; Wang, Y. J. Membr. Sci. 2018, 566, 197.
[58] Pan, F. S.; Guo, W. X.; Su, Y. L.; Khan, N. A.; Yang, H.; Jiang, Z. Y. Sep. Purif. Technol. 2019, 215, 582.
[59] Zhang, W.; Zhang, L.; Zhao, H.; Li, B.; Ma, H. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 13331.
[60] Liu, C. H.; Park, E.; Jin, Y. H.; Liu, J.; Yu, Y. X.; Zhang, W.; Lei, S. B.; Hu, W. P. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 8984.
[61] Xu, L.; Xu, J.; Shan, B.; Wang, X.; Gao, C. J. Membr. Sci. 2017, 526, 355.
[62] Yang, H.; Cheng, X. P.; Cheng, X. X.; Pan, F. S.; Wu, H.; Liu, G. H.; Song, Y. M.; Cao, X. Z.; Jiang, Z. Y. J. Membr. Sci. 2018, 565, 331.
[63] Fan, H. W.; Xie, Y. F.; Li, J. C.; Zhang, L.; Zheng, Q. Y.; Zhang, G. J. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 17602.
[64] Shao, P. P.; Li, J.; Chen, F.; Ma, L.; Li, Q. B.; Zhang, M. X.; Zhou, J. W.; Yin, A. X.; Feng, X.; Wang, B. Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 16501.
[65] Li, Y.; Wu, Q.; Guo, X.; Zhang, M.; Chen, B.; Wei, G.; Li, X.; Li, X.; Li, S.; Ma, L. Nat. Commun. 2020, 11, 599.
[66] Ying, Y.; Tong, M.; Ning, S.; Ravi, S. K.; Peh, S. B.; Tan, S. C.; Pennycook, S. J.; Zhao, D. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 4472.
Options
文章导航

/

〈 〉