近日，我校光機(jī)電工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名刊物《Journal of Membrane Science》(影響因子7.183)，以“Robust reduced graphene oxide membranes with high water permeance enhanced by K+modification”為題在線(xiàn)發(fā)表了最新研究成果。該論文第一作者為我校光機(jī)電工程學(xué)院2019級(jí)碩士研究生楊如杰，光機(jī)電工程學(xué)院教師樊艷博士為共同第一作者，陳均朗副教授和陳亮教授為共同通訊作者。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、浙江省自然科學(xué)基金委、浙江農(nóng)林大學(xué)?？蒲邪l(fā)展基金的資助和支持。該工作通過(guò)探究水合K+離子對(duì)氧化石墨烯膜通道大小調(diào)控的物理機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高價(jià)態(tài)離子超高水通量的截留，具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景。
分離和純化廢水是解決水資源不足的有效方法之一。納濾膜技術(shù)以其能耗低、操作方便、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被廣泛研究用于純化飲用水和廢水處理領(lǐng)域中。雖然目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)大量用于廢水處理的納濾膜，但往往隨著膜通量的升高，分離選擇性急劇下降。近年來(lái)，氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高親水性、高比表面積以及高機(jī)械強(qiáng)度等特性被用于納濾膜分離領(lǐng)域中。GO納米片表面有大量的含氧官能團(tuán)（包括羥基，環(huán)氧基，羧基和羰基），具有親水性，易于分散在水溶液中，并且通過(guò)簡(jiǎn)單的自組裝工藝，可獲得滿(mǎn)足工業(yè)需求的納濾膜，從而逐漸成為科研人員的研究焦點(diǎn)。但到目前為止，獲得高通量高截留率的納濾膜仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
基于對(duì)水合K+調(diào)節(jié)rGO膜的二維納米通道尺寸的物理機(jī)制的理解，我校研究團(tuán)隊(duì)提出利用水合K+改性還原氧化石墨烯（rGO-K+）納濾膜，改善rGO膜的親水性。該rGO-K+納濾膜對(duì)高價(jià)態(tài)離子Fe3+、Al3+和Cr3+達(dá)到了穩(wěn)定高效的截留效果，同時(shí)水通量高達(dá)86.1 L h?1m?2bar?1。該截留效果在高達(dá)9bar的壓力以及強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、長(zhǎng)時(shí)間周期等條件下，依然保持了穩(wěn)定高效的截留效果。這表明，通過(guò)水合K+改性還原氧化石墨烯的方法，打破了膜領(lǐng)域中水通量和選擇性之間的“trade-off”限制，成功制備了具有高通量、高選擇性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納濾膜。
該研究中的rGO-K+納濾膜制備方法簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，在處理污染廢水方面具有很大的潛力，可用于開(kāi)發(fā)各種先進(jìn)的可持續(xù)提供清潔水資源的分離膜材料。研究結(jié)果為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)氧化石墨烯納濾膜提供了必要的基礎(chǔ)，為二維膜材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了新的思路。
（光機(jī)電工程學(xué)院 樊艷）
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