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新葡新京8883研究团队在基于氧化石墨烯膜的水处理应用上取得新进展
【发布日期: 2021-06-04】 【来源:光机电工程学院 】 【作者:樊艳】 【编辑:】 【点击量:】

近日,新葡新京8883光机电工程学院研究团队在国际知名刊物《Journal of Membrane Science》(影响因子7.183),以“Robust reduced graphene oxide membranes with high water permeance enhanced by K+modification”为题在线发表了最新研究成果。该论文第一作者为新葡新京8883光机电工程学院2019级硕士研究生杨如杰,光机电工程学院教师樊艳博士为共同第一作者,陈均朗副教授和陈亮教授为共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、新葡新京8883校科研发展基金的资助和支持。该工作通过探究水合K+离子对氧化石墨烯膜通道大小调控的物理机理,实现了对高价态离子超高水通量的截留,具有良好的工业化应用前景。

分离和纯化废水是解决水资源不足的有效方法之一。纳滤膜技术以其能耗低、操作方便、环保等优点被广泛研究用于纯化饮用水和废水处理领域中。虽然目前已经开发大量用于废水处理的纳滤膜,但往往随着膜通量的升高,分离选择性急剧下降。近年来,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)以其高亲水性、高比表面积以及高机械强度等特性被用于纳滤膜分离领域中。GO纳米片表面有大量的含氧官能团(包括羟基,环氧基,羧基和羰基),具有亲水性,易于分散在水溶液中,并且通过简单的自组装工艺,可获得满足工业需求的纳滤膜,从而逐渐成为科研人员的研究焦点。但到目前为止,获得高通量高截留率的纳滤膜仍然是一个巨大的挑战。

基于对水合K+调节rGO膜的二维纳米通道尺寸的物理机制的理解,新葡新京8883研究团队提出利用水合K+改性还原氧化石墨烯(rGO-K+)纳滤膜,改善rGO膜的亲水性。该rGO-K+纳滤膜对高价态离子Fe3+、Al3+和Cr3+达到了稳定高效的截留效果,同时水通量高达86.1 L h?1m?2bar?1。该截留效果在高达9bar的压力以及强酸、强碱、长时间周期等条件下,依然保持了稳定高效的截留效果。这表明,通过水合K+改性还原氧化石墨烯的方法,打破了膜领域中水通量和选择性之间的“trade-off”限制,成功制备了具有高通量、高选择性以及结构稳定的纳滤膜。

该研究中的rGO-K+纳滤膜制备方法简单,性能优良,在处理污染废水方面具有很大的潜力,可用于开发各种先进的可持续提供清洁水资源的分离膜材料。研究结果为进一步优化设计氧化石墨烯纳滤膜提供了必要的基。维膜材料的应用开发提供了新的思路。

全文论文链接:https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119437

(光机电工程学院 樊艳)

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