石墨烯基膜因其獨特的物理和化學特性，在海水淡化和水處理等領域引起了廣泛的關注。然而，氧化石墨烯(GO)膜存在嚴重的滲透性-選擇性平衡，即在獲得較高的鹽排斥率時，通常呈現極低的透水率(大多數<1 L m
-2 h
-1 bar
-1)，因此目前遠遠不足以滿足實際應用。在這項工作中，我們展示了小薄片的還原氧化石墨烯(S-rGO)膜的可行性，以創建更有序的二維(2D)層流通道用于納濾。S-rGO膜對Na
2SO
4和MgSO
4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Na
2SO
4和MgSO
4的排斥率分別維持在87.0 + 3.8%和85.4 + 2.5%。此外，S-rGO膜的長期實驗表明其具有較高的穩定性。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的傳輸機理，并推動了GO-基膜在實際生活中的水凈化、分子/離子篩分等環境應用的設計。
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)對應的高度剖面。
圖3. 制備的(a) L-GO;(b) L-rGO;(c) S-rGO膜的光學圖像; 對應膜的(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。
.png)
圖5. LGO、L-rGO和S-rGO膜對(a)鹽溶液的不同排斥程度和(b)鹽水滲透性。(c) S-rGO膜過濾Na
2SO
4與文獻報道的其他膜的性能比較。(d) S-rGO膜的長期穩定性。
.png)
圖6. Na
2SO
4排斥率和鹽水滲透率與(a)進料側施加壓力、(b)進料側Na
2SO
4濃度、(c) SGO納米片還原時間和(d) S-rGO膜厚度的關系。
.png)
圖7. LGO、L-rGO和S-rGO膜的水運輸途徑和排鹽機制。
相關研究成果由華東理工大學物理學院Shanshan Liang等人于2022年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
