1. 首頁 > 云知道 > >

氧化石墨烯膜水處理研究獲進展

科普氧化石墨烯截留制備高通量研究成果小知識水合離子應用處理


氧化石墨烯膜水處理研究獲進展



近日， 浙江農林大學理學院教授陳亮研究團隊在《材料化學》在線發表了最新研究成果：“具備超高水通量和高截留率的氧化石墨烯膜” 。 該研究對氧化石墨烯膜在水處理方面的應用和改進提供了一種全新的思路， 還可進一步延伸用于其他層狀二維膜材料的開發， 工業化應用前景十分廣闊 。
膜分離是一種新型的分離技術， 與傳統技術相比， 具有節能、高效、操作簡單等特點， 受到學術界與工業界的廣泛關注 。 開發高性能膜材料是實現高效膜分離的關鍵 。 以高通量、高選擇性以及高穩定性關鍵特征的膜分離技術為代表的解決方案， 已逐漸成為解決水環境污染和水資源短缺的核心技術之一 。
石墨烯（Graphene）是由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜， 是目前發現的最薄、強度最大、導電導熱性能最強的一種新型納米材料 。 英國物理學家Geim和Novoselov用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯， 獲得2010年諾貝爾物理學獎 。
石墨烯因其獨特的二維結構， 擁有諸多突出的物理化學性質， 在能源、材料、電子、生物、醫藥等領域展現出巨大的應用前景， 也是構筑高性能分離膜的理想材料， 成為近年來膜領域的研究熱點 。 然而， 石墨烯膜用于離子篩分和海水淡化仍面臨巨大挑戰， 普遍存在對離子的截留率較高的條件下， 水通量較低， 且穩定性不良的問題 。
該研究由浙江農林大學研究團隊與華東理工大學、浙江省輻射環境監測站合作， 優化了氧化石墨烯膜的制備過程， 將制備的氧化石墨烯膜用于高價態金屬離子截留的水處理過程 。
該膜在離子截留時的水滲透性能， 優于現有報道的傳統的納濾膜以及其他先進的二維膜， 且相對于一般氧化石墨烯膜在處理離子時的水通量， 提高了1~2個量級 。 此外， 該氧化石墨烯膜具有較高的穩定性， 可在5天的穩定性測試中保持高截留和高通量性能 。
這種高截留率和高通量的氧化石墨烯膜是由于膜內保持了較大的層間距， 使得水更容易通過， 從而得到較高的水通量 。 同時， 由于膜內的高價態的水合離子與氧化石墨烯片層之間的強水合離子-π作用， 使得膜內的水合離子結構型變， 其型變的水合離子尺寸小于溶液環境下未型變的水合離子 。 因此， 基于水合離子-π作用調控的層間距尺寸小于溶液中的水合離子尺寸， 在保持水的高通量的同時， 實現了離子的高效截留 。
該工作得到了國家自然科學基金委、浙江農林大學校科研發展基金等項目的資助和支持 。
【氧化石墨烯膜水處理研究獲進展】相關論文信息：https://doi.org/10.1039/D1TA00647A 。

    推薦閱讀