Assemblage de membranes à ossature organique covalente par commutation de phase pour un transport moléculaire ultrarapide

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 3169 (2022) Citer cet article

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La fabrication de membranes à structure organique covalente (COF) pour le transport moléculaire a suscité un intérêt très pragmatique en tant que voie à faible consommation d'énergie et rentable pour les séparations moléculaires. Cependant, actuellement, la plupart des membranes COF sont assemblées via une procédure en une étape en phase (s) liquide (s) par polymérisation et cristallisation simultanées, qui s'accompagnent souvent d'une structure lâche et moins ordonnée. Ici, nous proposons une procédure en deux étapes via une stratégie de commutation de phase, qui découple le processus de polymérisation et le processus de cristallisation pour assembler des membranes COF compactes et hautement cristallines. Dans l'étape de pré-assemblage, la solution de monomères mixtes est coulée dans une membrane vierge en phase liquide, avec l'achèvement du processus de polymérisation. Lors de l'étape d'assemblage, la membrane vierge est transformée en une membrane COF dans la phase vapeur du solvant et du catalyseur, parallèlement à l'achèvement du processus de cristallisation. En raison de la structure compacte et hautement cristalline, les membranes COF résultantes présentent une perméance sans précédent (eau ≈ 403 L m−2 bar−1 h−1 et acétonitrile ≈ 519 L m−2 bar−1 h−1). Notre procédure en deux étapes via une stratégie de commutation de phase peut ouvrir une nouvelle voie à la fabrication de membranes microporeuses cristallines organiques avancées.

La technologie membranaire a été envisagée comme la technologie perturbatrice et essentielle pour remplacer les applications de séparation énergivores actuelles1,2,3,4,5. L'exploration de nouveaux matériaux et de nouvelles stratégies de fabrication pour des membranes microporeuses compactes et hautement ordonnées est une poursuite persistante6,7,8,9,10. Les cadres organiques covalents (COF) sont une classe de polymères cristallins avec des pores accordables et permanents, des structures de pores ordonnées atomiquement et une porosité élevée, construits par la liaison covalente de blocs de construction organiques (ou monomères) basés sur la chimie réticulaire11,12,13,14. La diversité des blocs de construction organiques confère aux COF une capacité de conception structurelle exceptionnelle, permettant la personnalisation de la taille des pores et de la fonctionnalité au niveau moléculaire15,16,17,18. Par exemple, en choisissant des monomères appropriés, les pores COF peuvent être manipulés pour séparer les molécules en fonction de la taille, de la forme ou de la charge19,20,21. De même, les COF avec les propriétés souhaitées peuvent être adaptés par modification de liaison ou transformation de liaison en tirant parti de leur nature réversible22,23,24,25,26,27. Ces caractéristiques font des COF des matériaux puissants pour la fabrication de membranes avancées pour le transport moléculaire sélectif28.

Les COF sont principalement fabriqués selon une procédure en une étape en phase(s) liquide(s) par des procédés de polymérisation et de cristallisation hautement couplés29. La majorité des membranes COF signalées sont assemblées à l'aide de cette procédure en une étape, principalement en phase liquide à l'aide de méthodes interfaciales (système biphasique huile-eau) ou solvothermiques in situ (système monophasique)30. Dans les liquides, contrôler la polymérisation et la cristallisation simultanées pendant la formation de la membrane est assez difficile ; principalement en raison de la tension superficielle élevée (2 × 10−2−5 × 10−2 N m−1)) et de la viscosité (0,3–4 cp) des liquides, ce qui rend extrêmement difficile l'élimination des sous-produits du site de réaction31,32. Par conséquent, la concentration des monomères réactifs est faible à proximité des sites de polymérisation alors que celle des sous-produits est plus élevée, ce qui conduit à une réversibilité de la réaction entravée20,33,34. De plus, le mouvement aléatoire des monomères/nanoparticules en phase liquide conduit également à la formation de membranes lâches et à faible cristallinité22. Récemment, nous avons rapporté que l'élimination des liquides lors de l'assemblage des membranes COF, comme à l'interface solide-vapeur, pourrait fabriquer des membranes compactes et hautement cristallines33. Cependant, la dépendance vis-à-vis du point de fusion du monomère en phase vapeur limite considérablement une large applicabilité. Nous avons envisagé d'explorer une procédure en deux étapes au lieu d'une procédure en une étape pour découpler le processus de réaction de polymérisation et le processus d'assemblage de cristallisation de l'évolution dirigée de la structure de la membrane, dans l'espoir de réaliser des percées dans les matériaux de membrane COF avancés.

Ici, nous rapportons une procédure en deux étapes pour assembler des membranes COF via une stratégie de commutation de phase. Dans la première étape, c'est-à-dire l'étape de pré-assemblage, une solution mixte contenant des monomères aldéhyde et amine a été coulée sur un support et a subi le processus de polymérisation pour obtenir des membranes vierges après évaporation du solvant. Lors de l'étape d'assemblage, les membranes vierges ont subi le processus de cristallisation et ont été assemblées en membranes COF hautement cristallines et compactes dans la phase vapeur des solvants et du catalyseur. L'épaisseur des membranes a été contrôlée à environ 150 nm. Cette stratégie de commutation de phase est validée en fabriquant deux types de membranes COF, qui présentent l'une des perméances les plus élevées lors de la séparation par nanofiltration.

La fabrication des membranes COF dans ce travail contient une étape de pré-assemblage et une étape d'assemblage. Comme le montre la figure 1a, des monomères de configuration spatiale différente, à savoir un C-2, 1,4-phénylènediamine (PDA), un C-3, 4,4′,4″-(1,3,5-triazine-2,4,6-triyl)trianiline (TTA) en tant que monomères d'amine et un C-3, 1,3,5-triformyl phloroglucinol (TFP) en tant que monomère aldéhyde, ont été choisi. Dans la première étape, c'est-à-dire l'étape de pré-assemblage, une solution de monomères mixtes (aldéhyde et amine) a été coulée sur un support revêtu d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) pour former une membrane solide polymère vierge après évaporation du solvant. La température a été contrôlée à 60 ° C pour exploiter davantage la réversibilité des liaisons imine. Dans la deuxième étape, c'est-à-dire l'étape d'assemblage, la membrane vierge a été transformée en membrane COF en phase vapeur contenant des solvants et un catalyseur à 145 ° C par le réarrangement de liaison. Des membranes COF autoportantes ont été obtenues en gravant la couche d'ITO. Comme le montrent les figures 2a, d, les deux membranes COF ont une cristallinité élevée, comme en témoigne le diagramme de diffraction des rayons X (XRD). Les images de microscopie électronique à transmission haute résolution (HR-TEM) et les modèles de diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED) confirment en outre la cristallinité élevée des membranes (Fig. 2b, e). Les images de microscopie électronique à balayage (SEM) montrent une surface sans défaut avec une épaisseur contrôlable à ≈ 150 nm (Fig. 2c, f).

a Coulée d'une solution de monomères mixtes sur un substrat ITO lors de l'étape de pré-assemblage pour obtenir une membrane vierge à 60 °C, puis chauffage de la membrane vierge à 145 °C lors de l'étape d'assemblage pour fabriquer des membranes COF. b Structure chimique des deux membranes COF.

a, d Modèle XRD, expérimental (ligne noire) et simulé (ligne rouge), des photos numériques des membranes COF sur le support sont également présentées. b, e Images HR-TEM et schémas SAED. c, f SEM de surface et de section transversale du TFP – PDA, TFP – TTA, respectivement.

Les membranes de cette étude sont basées sur des COF de base de Schiff liés à la β-cétoénamine, qui sont formés par les réactions qui présentent un état réversible métastable à basse température et un état irréversible plus stable à haute température. La réaction de base de Schiff réversible initiale donne une forme énol conduisant à un arrangement cristallin qui est ensuite converti en forme tautomère céto-énol. De plus, ces COF présentent une excellente stabilité chimique dans des conditions acides et basiques difficiles35,36, contrairement aux COF borés, qui sont très sensibles même à une petite quantité d'humidité et donc difficiles à utiliser dans des environnements aqueux11. L'étape de pré-assemblage a été délicatement conçue et soigneusement optimisée afin d'obtenir finalement des membranes hautement cristallines et compactes dans l'étape d'assemblage et d'éviter le couplage fort entre la polymérisation et la cristallisation. Les propriétés de la membrane vierge dans l'étape de pré-assemblage ont un effet prononcé sur le résultat des membranes COF dans l'étape d'assemblage. En particulier, l'augmentation de la température d'évaporation du solvant dans l'étape de pré-assemblage est défavorable pour l'étape d'assemblage ultérieure. La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) de membranes vierges préparées à des températures allant de 35 à 140 ° C a été enregistrée (Fig. 3a). Les membranes vierges fabriquées à 35 et 50 ° C contiennent encore des bandes d'amine dans la gamme de 3200 à 3400 cm-1. Cependant, à 60 °C ou plus, aucune bande amine détectable n'a été observée confirmant la consommation de la plupart des monomères. Fait intéressant, il a été constaté que les membranes vierges fabriquées à 60 ° C ou moins conduisaient à des membranes COF à haute cristallinité lors de l'étape d'assemblage (Fig. 3b). En revanche, les membranes vierges fabriquées à 80, 120 et 145 ° C ont montré une diminution progressive de la cristallinité au cours de l'étape d'assemblage. Nous supposons qu'à 60 ° C, les membranes vierges sont encore dans un état réversible, un facteur important pour obtenir une cristallinité élevée dans l'étape d'assemblage. Une augmentation de la température lors de l'étape de pré-assemblage conduit la réaction vers un état irréversible, ne laissant aucune liberté pour la réversibilité de la liaison dans l'étape d'assemblage. Par conséquent, 60 ° C à l'étape de pré-assemblage a été proposé comme température de transition entre l'état réversible et irréversible.

un FT-IR de membrane vierge fabriquée à différentes températures (35–145 ° C). La disparition des bandes -NH2 entre 3200 et 3400 cm-1 et le déplacement de C=O de 1643 à 1609 cm-1 ont été montrés dans les encarts. b XRD de membranes COF (assemblées à 145 ° C) à partir de membranes vierges TFP – PDA pré-assemblées à différentes températures.

La transformation de membranes vierges en membranes COF (illustrées par TFP – PDA) via la commutation de phase a été évaluée par FT-IR, XRD, spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), analyse Brunauer – Emmett – Teller (BET) et SEM, illustrés à la Fig. 4. FT-IR et XRD des membranes TFP – TTA ont été illustrés dans les Figs supplémentaires. 4 et 5. Comme le montrent les spectres FT-IR, de nouvelles bandes d'étirement à 1248 et 1580 cm-1, correspondant respectivement à C = N et C = C, ont confirmé la formation de la liaison β-cétoénamine (Fig. 4a). Le diagramme XRD après 3 h présentait un pic à une valeur inférieure de 2θ de ≈ 4, 7 °, correspondant au plan de réflexion (100), dont l'intensité augmentait progressivement avec le temps et atteignait sa valeur maximale après 18 h de réaction. Le deuxième pic à une valeur 2θ plus élevée de ≈ 26, 9 °, correspondant au plan de réflexion (001), est attribué à l'empilement π – π entre deux couches (Fig. 4b). Le léger écart par rapport à la structure cristalline idéale est cohérent avec les littératures précédentes37. Les données XPS des Fig. 4c, d confirment que les liaisons dans les membranes vierges sont principalement sous forme énol, alors que le COF existe sous forme β-cétoénamine. Comme le montre la figure 4e, la membrane vierge TFP – PDA a une très faible surface et des pores non uniformes. Comparativement, la membrane TFP – PDA COF a une surface élevée et une distribution de taille de pores étroite (Fig. 4f). Il est à noter que la taille expérimentale des pores des membranes TFP – PDA COF (1, 4 nm) calculée à partir de BET est légèrement inférieure à la taille théorique des pores (1, 7 nm). Cette diminution expérimentale de la taille des pores pourrait être due à l'intercroissance des particules de COF à l'intérieur des pores lors de la cicatrisation in situ. La surface BET et la taille des pores des membranes TFP – TTA sont présentées dans la Fig. 6 supplémentaire. La morphologie de la surface de la membrane a été observée par SEM au cours du processus de transformation. Comme le montre la figure 4g, la membrane vierge est composée d'une structure filiforme qui se transforme en une morphologie continue et lisse après 18 h de traitement à la vapeur. La croissance continue des membranes COF indique que les dissolutions et les recristallisations des graines de COF se sont produites par l'émergence de grosses graines en raison de la fusion de petites graines. Ces observations sont cohérentes avec d'autres matériaux cristallins tels que les sels cristallins38,39, les zéolithes40,41,42, les structures métallo-organiques (MOF)43,44 et les COF34. Nous avons également observé que les membranes plus épaisses étaient composées d'une membrane continue vers la surface de l'ITO, recouverte de grosses particules et de fils. Ces particules et fils pourraient être facilement éliminés à l'aide de ruban adhésif avant l'étape de gravure (Figs. 1 à 3 supplémentaires). En optimisant la concentration en monomères, des membranes ultra-minces ont été fabriquées en évitant complètement la croissance des particules.

un FT-IR de monomères, vierge et membrane COF. b XRD en fonction du temps. c, d XPS des membranes vierges et COF. e, f BET des membranes vierges et COF. g SEM montrant le changement de surface de la membrane des membranes vierges aux membranes COF.

La fabrication réussie de deux membranes COF en utilisant des monomères avec différentes symétries (C2 et C3) et différentes tailles de pores en utilisant notre procédure en deux étapes démontre sa généricité. A titre de comparaison, la membrane pré-assemblée a été traitée dans la phase liquide contenant les mêmes solvants et catalyseur à 145°C. La cristallinité de la membrane telle que fabriquée était beaucoup plus faible en raison de la faible acidité de AcOH en phase liquide telle qu'elle existe à l'état dimère. Par ailleurs, il a été observé que l'épaisseur globale de la membrane obtenue en phase liquide était plus épaisse que les membranes fabriquées par commutation de phase du fait de l'effet de gonflement de la phase liquide. Cependant, après élimination des particules de surface à l'aide de ruban adhésif, la membrane de commutation de phase s'est avérée plus dense et plus épaisse que la membrane obtenue en phase liquide (Fig. 7 supplémentaire). La raison de cela peut être attribuée à un mouvement aléatoire et libre accru des particules dans la phase liquide, conduisant à leur assemblage moins dense34,45. Cependant, les particules pré-assemblées dans notre travail sont confinées dans la phase solide, offrant un microenvironnement plus approprié pour l'assemblage d'une membrane plus dense.

La performance des deux membranes pour la nanofiltration a été évaluée. Comme le montre la figure 5a, les membranes TFP – PDA COF assemblées à 145 ° C après 18 h présentaient une perméance à l'eau de 403 ± 4 L m -2 h -1 bar -1 tandis que le taux de rejet du rouge Congo (CR) comme colorant modèle était supérieur à 99%. La perméance à l'eau des membranes TFP-PDA COF assemblées à 125, 135 et 155 °C était de 513 ± 5, 444 ± 5 et 173 ± 9 L m−2 h−1 bar−1, respectivement. Le rejet de CR est passé de 78 % à 99 % lorsque la température a été augmentée de 125 à 155 ° C (tableau supplémentaire 1). Nous proposons qu'à 125 ° C, la pression de vapeur n'est pas assez élevée pour terminer le processus de cristallisation en 18 h, et bien que la perméance soit élevée, le rejet CR est faible en raison de l'assemblage incomplet. À 155 ° C, le faible flux peut provenir du blocage partiel des pores par des particules de COF imbriquées, également signalées dans des littératures antérieures45. Deuxièmement, le traitement à haute température conduit rapidement à un produit cinétiquement stable, mais avec un mauvais ordre. Pour le confirmer, nous avons caractérisé les membranes TFP – PDA cristallisées à 155 ° C par XRD et BET. En effet, la cristallinité et la surface des membranes cristallisées à 155 °C sont inférieures à celles des membranes cristallisées à 145 °C. Nous supposons que la croissance des particules de COF dans les pores et une faible cristallinité à 155 ° C rendent les membranes à faible perméance (Fig. 8 supplémentaire). Les conditions de fabrication ont été encore optimisées en évaluant les performances des membranes à un temps donné par rapport à la température (tableau supplémentaire 1). La perméance des membranes polymères initiales est de 800 ± 10 L m−2 h−1 bar−1 alors que le taux de rejet CR est de 55 ± 4 %. Au fil du temps, la perméance a progressivement diminué tandis que le taux de rejet de CR a augmenté. À la basse température de 125 ° C, la diminution de la perméance et l'augmentation du taux de rejet CR deviennent plus lentes. Cependant, une tendance nette et abrupte est observée à haute température (155 °C). A 12 h de temps de réaction à 155 °C, la perméance est similaire à celle des membranes obtenues à 145 °C en 18 h, mais le rejet de CR est toujours à 82 %. La raison du faible rejet peut être l'étape d'assemblage rapide à haute température, entraînant certains défauts dans les membranes46. Par conséquent, les membranes fabriquées à 145 ° C en 18 h dans l'étape d'assemblage ont été choisies pour l'évaluation ultérieure des performances de transport moléculaire. L'évaluation des performances des membranes TFP – TTA fabriquées à différentes températures et à différents moments est donnée dans le tableau supplémentaire 2.

a Perméance et rejet CR des membranes fabriquées à différentes températures après 18 h. b Perméabilité de divers solvants. c Rejet (%) des colorants. d Perméance à différentes pressions. e Fonctionnement à long terme. f Perméance et rejet CR après des cycles spécifiés.

Les membranes TFP – PDA et TFP – TTA COF présentaient une perméabilité élevée à l'eau et aux solvants organiques (Fig. 5b); en particulier, la membrane TFP-PDA présentait des perméances à l'eau (403 ± 4 L m-2 h-1 bar-1) et à l'acétonitrile (519,6 L m-2 h-1 bar-1). Cette perméance est parmi les plus élevées jamais signalées pour les membranes COF (tableau supplémentaire 3). Pour mieux évaluer l'effet de la taille des pores (TFP–PDA = 1,4 nm, TFP–TTA = 1,09 nm), des solutions contenant différents colorants (bleu alcian (AB), 1,25 × 2,22 nm ; rouge Congo (CR), 0,73 × 2,56 nm ; protoporphyrine IX (PPh-IX) 562 g/mol, 1,54 × 1,45 nm ; bleu de méthyle ( MB) 1,74 × 2,36 nm et orange G (OG) 0,85 × 1,1 nm) ont été choisis comme systèmes modèles. Les colorants peuvent former des agrégats en solution aqueuse à des concentrations élevées47,48, par conséquent, une solution éthanolique de PPH-IX a été utilisée pour confirmer la large applicabilité des membranes COF pour le rejet des colorants1. Comme le montre la figure 5c, les deux membranes présentaient d'excellents taux de rejet pour les colorants plus grands que leur taille de pore correspondante. Les taux de rejet des colorants plus grands tels que AB, CR, PPH-IX et MB sont restés supérieurs à 98 % pour les deux membranes. La différence dans les taux de rejet des colorants plus petits devient plus prononcée. La membrane TFP-TTA, avec des pores plus petits, présentait un rejet de 97,8 % pour OG contre 79,3 % pour la membrane TFP-PDA.

Généralement, les membranes 2D telles que l'oxyde de graphène (GO) sont confrontées au défi de la compacité à haute pression en raison de leur structure en couches49. Par conséquent, les deux membranes ont été soumises à une variété de pressions allant de 0,5 à 3 bars. Comme le montre la figure 5d, la perméance des deux membranes est restée inchangée à différentes pressions, confirmant que les pores construisent les principales voies de transport du solvant. De même, la stabilité de fonctionnement à long terme est une exigence critique pour les membranes émergentes telles que les COF pour concurrencer les membranes de nanofiltration de pointe. Par conséquent, nous avons testé les deux membranes en fonctionnement à long terme. Comme le montre la figure 5e, les deux membranes ont conservé une perméabilité élevée à l'eau (93, 7% par TFP – PDA et 96, 6% par TFP – TTA) même après 96 h de fonctionnement. De même, la réutilisation des membranes est une autre exigence importante. La perméance et le taux de rejet CR des deux membranes ont été évalués après plusieurs cycles d'opérations (Fig. 5f). Chaque cycle comprenait la filtration d'une solution aqueuse de CR pendant 30 min suivie d'une filtration d'eau distillée et d'une filtration ultérieure d'une solution de CR. En raison de sa plus grande taille de pores, les membranes TFP – PDA ont conservé 93, 4% de la perméance initiale et 100% du rejet de CR, tandis que la membrane TFP – TTA a conservé 85, 8% de la perméance initiale après 36 cycles. La légère baisse de perméance peut être attribuée au colmatage des pores plus petits par l'agrégation du colorant CR. Néanmoins, même après 96 h et 36 cycles de fonctionnement, les performances des deux membranes étaient encore bien supérieures à celles des membranes de pointe actuelles.

La fiabilité de notre procédure en deux étapes via la commutation de phase a été confirmée par la fabrication de membranes COF-LZU1 avec une surface sans défaut et une cristallinité élevée, comme en témoignent les données XRD avec des pics caractéristiques similaires à la littérature50. L'achèvement de la réaction a été confirmé par FT-IR avec la disparition des pics des monomères initiaux et la formation d'une liaison imine (Fig. 9 supplémentaire).

En résumé, une stratégie de commutation de phase a été proposée pour assembler les membranes COF. Contrairement à la procédure courante en une étape en phase(s) liquide(s) avec polymérisation et cristallisation simultanées, notre procédure en deux étapes de découplage de la polymérisation et de la cristallisation en passant de la phase liquide à la phase vapeur peut produire des membranes hautement cristallines et plus compactes. Au cours de l'étape de pré-assemblage, les membranes vierges ont été obtenues en phase liquide, alors qu'elles étaient encore à l'état réversible, qui ont ensuite été transformées en membranes COF lors de l'étape d'assemblage en phase vapeur du catalyseur et du solvant par réarrangement de liaison. La large applicabilité de cette stratégie de commutation de phase a été confirmée en assemblant trois membranes COF avec des géométries différentes. En raison de la structure compacte et hautement cristalline, les membranes COF ont présenté des performances de séparation ultra-élevées, ainsi qu'une stabilité à long terme supérieure. Notre procédure en deux étapes et notre stratégie de changement de phase peuvent motiver une réflexion plus approfondie sur la façon de coordonner le processus de réaction chimique et le processus d'assemblage physique pour acquérir des matériaux COF de haute qualité et de nombreux autres matériaux microporeux cristallins organiques.

Le TFP (2,10 mg, 0,01 mmol), le 1,3,5-triformylbenzène (TFB, 1,62 mg, 0,01 mmol), le PDA (1,62 mg, 0,015 mmol), le TTA (3,54 mg, 0,01 mmol) ont été dissous dans des flacons séparés de 1 ml de DMAc chacun. Ensuite, la solution mixte contenant un volume égal de TFP/PDA, TFP/TTA ou TFB/PDA a été versée sur un disque recouvert d'oxyde d'indium et d'étain (ITO) ; les solvants ont été évaporés à 60 °C pour obtenir des membranes vierges.

Les membranes vierges de l'étape de pré-assemblage ont été placées au-dessus d'une bouteille en verre dans un autoclave revêtu de Téflon. Les solvants (oDCB, BuOH) et le catalyseur (AcOH) dans un rapport volumétrique de 1:1:0,1 (10 ml au total) ont été versés au fond du récipient en téflon, à au moins 5 cm sous la surface de la membrane. L'ensemble a été chauffé à 145 °C pendant 18 h pour obtenir des membranes COF. Les membranes COF autoportantes ont été obtenues en gravant la couche d'ITO à travers du HCl dilué.

La membrane vierge de l'étape de pré-assemblage a également été traitée dans la phase liquide contenant oDCB, BuOH et AcOH dans un rapport volumétrique de 1:1:0,1 (10 ml au total) et chauffée à 145 ° C pendant 18 h. Les membranes COF autoportantes ont été obtenues en gravant la couche d'ITO à travers du HCl dilué.

Une cellule de filtration sans issue fabriquée en laboratoire (surface active de 4,1 cm2), équipée d'un agitateur magnétique et d'un flux d'azote pour le maintien de la pression, a été utilisée pour le transport moléculaire. De l'eau DI a été utilisée pour le transport de l'eau tandis que des solvants organiques de qualité réactif ont été utilisés pour des expériences de nanofiltration de solvant organique. Tous les colorants sauf (PPH-IX) ont été dissous dans de l'eau pour la séparation moléculaire. Le PPH-IX a été dissous dans de l'éthanol. La concentration de colorants variait de 50 à 1000 ppm. Les performances ont été évaluées à différents cycles de fonctionnement. Après chaque cycle, la membrane a été lavée à l'eau et avant le cycle suivant. L'équation (1) a été utilisée pour les calculs de rejet de colorant :

cp et cf sont la concentration de colorants dans le perméat et la solution d'alimentation, respectivement.

Les auteurs déclarent que toutes les données et les protocoles détaillés qui appuient les résultats de cette étude sont disponibles dans le manuscrit principal et les fichiers d'informations supplémentaires. Des données supplémentaires des auteurs peuvent être fournies sur demande. Les données sources sont disponibles.

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Ce projet a été soutenu par le programme clé de recherche et de développement de la province du Zhejiang, subvention n° 2021C03173 (ZJ), National Natural Science Foundation of China, subvention n° 91934302 (ZJ), 21961142013 (ZJ), 22008172 (RZ), Research Fund for International Young Scientists financé par NSFC, subvention n° 21850410457 (NAK), projet financé par China Postdoctoral Science Foundation, subvention n° 2020TQ0226 (RZ), 2021M692384 (RZ), et Programme d'introduction des talents de discipline aux universités, subvention n° BP0618007 (ZJ). Nous remercions également le Laboratoire Haihe des Transformations Chimiques Durables pour son soutien financier. Nous reconnaissons l'aide de Y. Chao lors du dessin des figures.

Laboratoire clé pour la technologie chimique verte du ministère de l'Éducation, École de génie chimique et de technologie, Université de Tianjin, 300072, Tianjin, Chine

Niaz Ali Khan, Runnan Zhang, Xiaoyao Wang, Li Cao, Chunyang Fan, Jinqiu Yuan, Mengying Long, Hong Wu et Zhongyi Jiang

Centre d'innovation collaborative des sciences et de l'ingénierie chimiques (Tianjin), 300072, Tianjin, Chine

Niaz Ali Khan, Runnan Zhang, Xiaoyao Wang, Chunyang Fan, Jinqiu Yuan, Mengying Long et Zhongyi Jiang

Laboratoire Haihe de transformations chimiques durables, 300192, Tianjin, Chine

Runnan Zhang, Hong Wu et Zhongyi Jiang

Institut du Zhejiang de l'Université de Tianjin, 315201, Ningbo, Zhejiang, Chine

Runnan Zhang, Hong Wu et Zhongyi Jiang

Département de chimie, Northwestern University, 2145 Sheridan Rd., Evanston, IL, 60208, États-Unis

Chandra S.Azad

Tianjin Key Laboratory of Membrane Science and Desalination Technology, Université de Tianjin, 300072, Tianjin, Chine

Hong Wu

Département des sciences physiques et environnementales, Texas A&M University Corpus Christi, 6300 Ocean Dr., Corpus Christi, TX, 78412, États-Unis

Marquer. A.Olson

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NAK a conçu le projet et rédigé la première ébauche. Les auteurs correspondants, c'est-à-dire RZ, HW et ZJ ont supervisé le projet. ZJ a encadré le projet pendant son exécution et a révisé le manuscrit. XW et LC ont aidé pendant les expériences. JY, ML a réalisé certaines parties de la caractérisation. MAO et CSA ont apporté leurs précieuses suggestions théoriques. XW a également simulé les modèles XRD des membranes COF. Tous les auteurs ont communiqué activement pendant la rédaction du manuscrit.

Correspondance à Runnan Zhang, Hong Wu ou Zhongyi Jiang.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Nature Communications remercie les évaluateurs anonymes pour leur contribution à l'évaluation par les pairs de ce travail. Les rapports des pairs examinateurs sont disponibles.

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Réimpressions et autorisations

Khan, NA, Zhang, R., Wang, X. et al. Assemblage de membranes charpentes organiques covalentes par commutation de phase pour un transport moléculaire ultrarapide. Nat Commun 13, 3169 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30647-3

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Reçu : 15 novembre 2021

Accepté : 11 mai 2022

Publié: 07 juin 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41467-022-30647-3

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