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华东理工大学物理学院Shanshan Liang等--基于小薄片还原氧化石墨烯膜的超高纳滤性能

 

放大字体  缩小字体 发布日期:2022-11-21  浏览次数:200
 石墨烯基膜因其独特的物理和化学特性,在海水淡化和水处理等领域引起了广泛的关注。然而,氧化石墨烯(GO)膜存在严重的渗透性-选择性平衡,即在获得较高的盐排斥率时,通常呈现极低的透水率(大多数<1 L m-2 h-1 bar-1),因此目前远远不足以满足实际应用。在这项工作中,我们展示了小薄片的还原氧化石墨烯(S-rGO)膜的可行性,以创建更有序的二维(2D)层流通道用于纳滤。S-rGO膜对Na2SO4和MgSO4溶液的透水率分别是大片还原氧化石墨烯(L-rGO)膜的3.7倍和3.9倍,而对Na2SO4和MgSO4的排斥率分别维持在87.0 + 3.8%和85.4 + 2.5%。此外,S-rGO膜的长期实验表明其具有较高的稳定性。总体而言,本研究揭示了高纳滤性能的GO-基膜的制备及其在二维层流通道内的传输机理,并推动了GO-基膜在实际生活中的水净化、分子/离子筛分等环境应用的设计。

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图1. L-GOL-rGOS-rGO膜的制备工艺示意图。

 

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图2(a) L-GO;(b) L-rGO;(c) S-rGO的AFM图像; (d)、(e)和(f)分别为图(a)、(b)和(c)对应的高度剖面。

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图3制备的(a) L-GO;(b) L-rGO;(c) S-rGO膜的光学图像; 对应膜的(d)、(e)、(f)表面形貌和(g)、(h)、(i)截面形貌的SEM图像。

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图4(a)膜的XPS光谱。(b)膜的XRD谱。(c)膜的层间距。(d) S-rGO膜示意图。


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图5LGO、L-rGO和S-rGO膜对(a)盐溶液的不同排斥程度和(b)盐水渗透性。(c) S-rGO膜过滤Na2SO4与文献报道的其他膜的性能比较。(d) S-rGO膜的长期稳定性。

 

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图6Na2SO4排斥率和盐水渗透率与(a)进料侧施加压力、(b)进料侧Na2SO4浓度、(c) SGO纳米片还原时间和(d) S-rGO膜厚度的关系。


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图7LGO、L-rGO和S-rGO膜的水运输途径和排盐机制。

相关研究成果由华东理工大学物理学院Shanshan Liang等人于2022年发表在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

 

 
 
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