疏水性聚合物涂层与未涂层ZIF-67/氧化铝膜在挥发性有机化合物降解及二氧化碳吸附捕集中的应用

《ChemSusChem》：Hydrophobic Polymer-Coated and Uncoated ZIF-67/Alumina Membrane for Volatile Organic Compound Degradation and CO2 Adsorption Capture

金属有机框架（MOF）材料规模化应用受限且潮湿环境下稳定性差。本研究通过ZIF-67原位自转化策略构建ZIF-67/氧化铝复合膜，结合超薄疏水涂层解决湿度问题，实现96.4%可见光VOC降解及高效CO2吸附（物理吸附为主），建立可扩展的MOF膜工艺。

　　

摘要

金属有机框架（MOFs）在商业应用中面临的主要障碍是其粉末形式不利于大规模膜材料的制备，并且在潮湿条件下稳定性显著降低。为了解决这些问题，本研究开发了一种新型的耐湿性沸石咪唑酸盐框架ZIF-67/氧化铝复合膜（MMF），该膜能够在同一可扩展平台上同时实现可见光下挥发性有机化合物（VOC）的降解和二氧化碳（CO₂）的吸附。通过原位自转化策略，ZIF-67晶体直接固定在多孔氧化铝表面上，从而实现了强界面结合、良好的机械耐久性和高效的质量传输。MMF对甲苯的吸附性能非常优异，符合朗缪尔（Langmuir）模型，并在可见光下表现出96.4%的光催化降解效率。自由基捕获实验和电子自旋共振（ESR）研究证实，超氧阴离子（^{.O₂?）是主要的活性物种。然而，在相对湿度为70–80%的环境中，其光催化性能有所下降。为了解决这一问题，采用超薄疏水性聚硅氧烷和全氟聚合物涂层来最小化水分吸收，从而保持了超过92%的光催化活性，这一点通过水蒸气等温线得到了验证。除了VOC的去除外，MMF还表现出优异的CO₂吸附能力，主要通过物理吸附机制实现，在低温高压条件下吸附效果更佳，这归因于孔隙填充的增强以及与富含氮的活性位点的范德华相互作用。这项工作为基于MOFs的膜材料在VOC去除和CO₂捕获方面的应用提供了一种可扩展的策略，为空气净化技术开辟了新的途径。}

图形摘要

通过自转化方法制备的ZIF-67/氧化铝复合膜具有无缺陷的连续结构，能够高效吸附挥发性有机化合物并进行光催化降解。为了在高湿度环境下正常运行，表面涂覆了超薄疏水性聚合物涂层，有效阻挡了水分子的侵入，同时提升了吸附能力和可见光驱动的降解效果。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

数据可用性声明

研究数据不对外公开。