有机溶剂分离膜是有机溶剂回收系统中的关键组件，其渗透通量与选择性之间的相互制约（Trade-Off）对膜分离过程至关重要。近年来，许多研究都致力于打破这两者之间的相互制约，促进分离膜的广泛应用。然而这些膜普遍存在难以实现极性和非极性溶剂均能快速渗透。MOFs的引入提供了潜在的解决方案，但是MOFs大小，团聚倾向和相容性都会对膜的最终性能造成影响。因此迫切需要设计一种适宜的MOFs并引入到膜中提高膜的亲和性，实现膜的双亲性快速渗透分离。

近日，哈尔滨工业大学教授、英国皇家化学会会士、城市水资源与水环境国家重点实验室成员邵路团队与哈尔滨工业大学（威海）中欧膜技术研究院副院长、海洋科学学院教授张瑛洁团队针对MOFs存在的问题，设计了在UiO-66（本征孔径与膜孔径相似）上接枝聚电解质—聚甲基丙烯酸钠（SPA）来促进UiO-66-SPA在聚吡咯共轭复合膜（CCMs）上的分散性及亲和性。含有-COO^-和-COOH基团的UiO-66-SPA能够促进膜对于溶剂的亲和性特别是极性溶剂。

本文要点

1）作者同时进行了三组对照试验，即对对照组CCMs、加入UiO-66和UiO-66-SPA的共轭纳米多孔膜（U-CNMs和SPA-CNMs）进行了表面性质的研究。结果表明，加入MOFs后膜对于极性和非极性溶剂的亲和性相对于对照组有了大幅度提高，特别是引入UiO-66-SPA纳米粒子。此外，UiO-66-SPA中的SPA与聚吡咯相互缠绕提高了膜的稳定性，固定更多的UiO-66-SPA，促进膜快速分离。

2）文中还探究了膜的渗透和分离性能并且揭示了渗透性能提高的机制。结果表明，该膜可以应用于极性和非极性溶剂的回收，并且均具有较高的渗透和分离性能。此外，也证明了膜渗透性能提高的原因主要是因为UiO-66-SPA的引入增强了膜与溶剂的亲和性。

图1. UiO-66-SPA的引入对膜结构的影响示意图。

图2.膜表面性质的测试

图3. 膜分离性能和机制探究

该文章通讯作者为邵路教授，张瑛洁教授及青年教师程喜全，共同第一作者为硕士生黄军辉和青年教师程喜全。

文章信息：

Polyelectrolyte Grafted Metal-organic Frameworks Enable Conjugated Membranes for Ultrafast Molecular Separations, Jun Hui Huang, Xi Quan Cheng*, Yingjie Zhang*, Kai Wang, Heng Liang, Peng Wang, Jun Ma, Lu Shao*, cell reports physical science 2020, DOI:10.1016/j.xcrp.2020.100034

文章链接：https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(20)30024-2

导师介绍：

张瑛洁教授链接: http://yjsc.hitwh.edu.cn/2017/0519/c1096a41260/page.htm 

青年教师程喜全链接：http://homepage.hit.edu.cn/chengxiquan 

邵路教授链接: http://homepage.hit.edu.cn/shaol 或

https://publons.com/researcher/1307969/lu-shao/publications/