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華東理工大學(xué)物理學(xué)院Shanshan Liang等--基于小薄片還原氧化石墨烯膜的超高納濾性能

石墨烯基膜因其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，在海水淡化和水處理等領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。然而，氧化石墨烯(GO)膜存在嚴(yán)重的滲透性-選擇性平衡，即在獲得較高的鹽排斥率時(shí)，通常呈現(xiàn)極低的透水率(大多數(shù)<1 L m^-2 h^-1 bar^-1)，因此目前遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以滿足實(shí)際應(yīng)用。在這項(xiàng)工作中，我們展示了小薄片的還原氧化石墨烯(S-rGO)膜的可行性，以創(chuàng)建更有序的二維(2D)層流通道用于納濾。S-rGO膜對(duì)Na₂SO₄和MgSO₄溶液的透水率分別是大片還原氧化石墨烯(L-rGO)膜的3.7倍和3.9倍，而對(duì)Na₂SO₄和MgSO₄的排斥率分別維持在87.0 + 3.8%和85.4 + 2.5%。此外，S-rGO膜的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)表明其具有較高的穩(wěn)定性。總體而言，本研究揭示了高納濾性能的GO-基膜的制備及其在二維層流通道內(nèi)的傳輸機(jī)理，并推動(dòng)了GO-基膜在實(shí)際生活中的水凈化、分子/離子篩分等環(huán)境應(yīng)用的設(shè)計(jì)。

圖1. L-GO、L-rGO和S-rGO膜的制備工藝示意圖。

圖2. (a) L-GO;(b) L-rGO;(c) S-rGO的AFM圖像; (d)、(e)和(f)分別為圖(a)、(b)和(c)對(duì)應(yīng)的高度剖面。

圖3. 制備的(a) L-GO;(b) L-rGO;(c) S-rGO膜的光學(xué)圖像; 對(duì)應(yīng)膜的(d)、(e)、(f)表面形貌和(g)、(h)、(i)截面形貌的SEM圖像。

圖4. (a)膜的XPS光譜。(b)膜的XRD譜。(c)膜的層間距。(d) S-rGO膜示意圖。

圖5. LGO、L-rGO和S-rGO膜對(duì)(a)鹽溶液的不同排斥程度和(b)鹽水滲透性。(c) S-rGO膜過濾Na₂SO₄與文獻(xiàn)報(bào)道的其他膜的性能比較。(d) S-rGO膜的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖6. Na₂SO₄排斥率和鹽水滲透率與(a)進(jìn)料側(cè)施加壓力、(b)進(jìn)料側(cè)Na₂SO₄濃度、(c) SGO納米片還原時(shí)間和(d) S-rGO膜厚度的關(guān)系。

圖7. LGO、L-rGO和S-rGO膜的水運(yùn)輸途徑和排鹽機(jī)制。

相關(guān)研究成果由華東理工大學(xué)物理學(xué)院Shanshan Liang等人于2022年發(fā)表在Desalination (https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.115601)上。原文：Realizing ultrahigh nanofiltration performance based on small flake reduced graphene oxide membranes。

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)



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