北京理工大學Adv. Mater. ：一種用于大量生產MOF濾膜的對輥熱壓印方法

【引言】

在過去的幾十年中，由于人類活動造成的空氣污染已成為一個世界性的問題。特別是在中國等發展中國家，顆粒物（Particulate matters，PMs）作為一種主要的污染源，已經造成嚴峻的環境問題。傳統袋式除塵器（也叫織物過濾器）已經不能濾掉極細PM（微米和亞微米級別），而且由于袋式除塵器的材料成分限制，它的工作環境有嚴格的溫度控制。因此，柔韌的、易獲取的、能在大工作溫度范圍中保持高強度和效率而且容易裝配在現存的管道系統、車輛或飛機發動機管和反應容器的過濾器是長期的追求目標，但是大部分并沒有得到滿足。

【成果簡介】

近日北京理工大學王博教授（通訊作者）等人在Adv. Mater.上發表了一篇題為“Roll-to-Roll Production of Metal-Organic Framework Coatings for Particulate Matter Removal”文章。文章主要介紹了一種用于批量制備金屬有機骨架配合物（MOF）基濾膜的對輥熱壓印方法。研究人員嘗試了五種柔性襯底（塑料網、玻璃布、金屬網、無紡布和三聚氰胺海綿）和三種不同的MOF體系（沸石咪唑鹽框架-8即ZIF-8、ZIF-67和Ni-ZIF-8）。還將這種方法擴展到層疊形式。制造出的MOF濾膜表現出優秀的PM過濾性能，并能在80-300℃的溫度范圍內擁有高強度。PM去除效率在長時間的測試過程（30天）保持在90%以上。測試過后，ZIF-8@塑料網容易清洗，并且可以重復使用三次后，不出現明顯的效率損失。

【圖文導讀】

圖1. 制造去除PM的MOF基濾膜的對輥工藝示意圖

以ZIF-8@塑料網為例。300μm厚10cm寬的塑料網，首先涂覆ZIF-8前驅（Zn(OAc)₂·2H₂O，2-甲基咪唑和聚乙二醇（作為引發劑）），隨后在80℃、15rpm的條件下在兩個軋輥之間進行軋制。前后軋制幾次后，塑料的線上產生ZIF-8納米晶體。

圖2.塑料網上逐層涂覆MOF示意圖及相關表征

（a）疊層制造MOF涂層的示意圖。

（b）ZIF-8的附著和相應的剩余透光率（與裸塑料網相比）。裸塑料網（5 mm × 1.5 mm）的透光率為68.8%。剩余透光率是ZIF-8@塑料網與裸塑料網的透光率之比。誤差棒表示三組平行試驗之間的標準偏差。

（ c-i）7個道次中ZIF-8@塑料網的掃描電鏡圖。中間和最下面一行的圖是對應于上一行方形標志內的放大圖；標尺：最上行：500 μm，中間行：100μm，最下行：10μm。

圖3. 三道次ZIF-8@密胺泡沫的柔性展示和去除 PM 性能測試

（a）彎曲的三道次ZIF-8@密胺泡沫。

（b）扭曲的三道次ZIF-8@密胺泡沫。

（c）用于PM去除試驗的模擬管道條件，煙霧由焚香制造。

（d） 三道次ZIF-8@密胺泡沫的長期PM去除能力。藍色對應PM2.5，綠色對應PM10。誤差棒表示三組平行試驗之間的標準偏差。

圖4. 七道次ZIF-8@塑料網的表征和去除PM性能測試

（a）砂紙上的七道次ZIF-8@塑料網。

（b）PM去除測試中的七道次ZIF-8@塑料網。

（c）PM去除測試后的掃描電鏡圖；PM顆粒在第二行的圖中被圈出。

（d）用水清潔后的七道次ZIF-8@塑料網掃描電鏡圖。

（e）循環性能。

（f）大型七道次ZIF-8@塑料網圖。

（g）7月10號至8月10號一個月之間的長期PM去除性能（單日最大5值>100 μg/ m³）。誤差棒表示三組平行試驗之間的標準偏差。

【結論】

一種通用且可擴展的用于大量生產MOF濾膜的對輥熱壓印方法已經出現。這種方法已經應用于不同的MOF體系中（如ZIF-8、ZIF-67和Ni-ZIF-8）和不同的基材（如塑料網、玻璃布、金屬網和無紡布），并且已經延伸到層疊形式。這種方法獲得的MOF濾膜顯示出優秀的強度，較大的工作溫度范圍（80-300℃），在室溫和200℃下都有優秀的PM去除效率。這些多用的MOF濾膜可以應用于各種實際應用，例如濾水管、袋式除塵器以及用于車輛或飛機發動機系統的入口屏障過濾。在測試條件下和室內環境，MOF濾膜的透光率未發生改變并且有很好的滲透性、高PM去除效率、較好的長期留存率以及易于重新使用。這些高性能的MOF濾膜以及連續卷軸大量生產技術，無論在室內還是工業環境都有很好的前景。

【文獻信息】

文獻鏈接：Roll-to-Roll Production of Metal-Organic Framework Coatings for Particulate Matter Removal?（Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201606221）

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