协同效应构筑具有高效水传递通道的氧化石墨烯膜

协同效应构筑具有高效水传递通道的氧化石墨烯膜膜分离技术是一种新型的分离技术,与传统的分离技术相比,具有节能、高效、操作简单等特点,受到学术界与工业界的广泛关注。开发高性能膜材料是实现高效膜分离的关键。近3年来,氧化石墨烯由于其独特的二维结构及丰富的功能基团,成为膜领域的研究热点之一。氧化石墨烯膜特有的快速水分子、离子与气体通道,使其在气体分离、离子渗透、水处理等应用不断取得突破性进展,展现出引人注目的前景。然而,这些快速通道在分离过程中并未充分发挥作用,导致氧化石墨烯膜难以获得理论预期的分离效果。因此,如何最大限度地利用氧化石墨烯膜的快速传递通道,成为该领域重要的研究课题之一。

南京工业大学材料化学工程国家重点实验室金万勤教授研究团队围绕石墨烯膜快速传递通道开展了深入的研究。近期他们提出了一种简便而有效的仿生路径,基于氧化石墨烯膜构建了高效的快速“水通道”,实现了水分子与有机小分子的快速精确分离。该方法受自然界中集水现象的启迪,在氧化石墨烯叠层上制备一层小于10nm的超薄壳聚糖富水层,利用壳聚糖高吸水性质以及氧化石墨烯叠层快速水通道两者之间的协同效应,实现水分子的快速选择性透过。例如,水含量10wt%的丁醇溶液,通过制备的氧化石墨烯膜一级分离,水含量即可富集至99.4wt%以上,水通量高于10 kg/m2h,突破了传统分离膜的性能上限。相关工作在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201502205)上,是该课题组继中空纤维氧化石墨烯膜氧化石墨烯气体分离膜之后,取得的又一重要进展。相关研究不仅为氧化石墨烯膜的制备提供了理论与技术指导,也为其他二维材料在分离膜领域的研究开辟了新思路。

相关工作得到国家自然科学基金、教育部创新团队、江苏高校优势学科建设工程等基金资助。