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探索·收获!环境学院张炜铭/潘丙才课题组在氧化石墨烯膜限域分离策略及其水处理应用方面取得新进展

原标题:探索与收获!张伟明/潘炳才环境学院课题组在氧化石墨烯膜有限分离策略及其水处理应用方面取得新进展

来源:南京大学

膜分离技术是水处理领域最常用的技术之一。作为一种新型高性能膜材料,二维分离膜间距的精确调节是提高其水通量和截留效率的关键,插层法是最有效的调节方法。到目前为止,高性能纳米插层剂的开发和应用仍然是一个巨大的挑战。目前,最常用的硬插层剂(如碳纳米管、TiO₂和SiO₂纳米粒子等。)分散性差,容易破坏二维薄膜的有序层状结构,导致亚纳米尺寸离子快速渗透;一些小分子嵌入剂,如乙二胺或金属离子,容易与膜层相互作用,导致层间间距窄,水通量低。

针对上述问题,张伟明教授和潘炳才教授课题组借鉴纳米仿生学的思想,首次提出了通过软物质嵌入剂构建水通道蛋白样通道的新策略。本研究的最终目标是实现废水中重金属络合物的高效分离和水质净化。首先,制备了聚丙烯腈凝胶软颗粒作为氧化石墨烯膜的纳米级插层剂。通过控制聚丙烯腈膜之间的形变和溶胀以及聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-聚丙烯腈-此外,碱处理可以在PAN GPs表面产生电荷和双重疏水性/亲水性,将水通道滞留和快速透水有机结合,成功构建了类似于水通道/蛋白质通道的结构。结果表明,GO复合膜可截留96%以上的重金属络合离子(铜-NTA、铜-钙、铜-乙二胺四乙酸、镍-乙二胺四乙酸、铬-乙二胺四乙酸),水通量是文献报道的同类膜的4-13倍。本研究深入探讨了纳米级软颗粒插层剂与氧化石墨烯片的相互作用及其高透水性和高截留率的构效机理。提出的软粒子插层策略有望成为高性能二维水处理复合膜设计和开发的新方向。

以上研究结果发表在《纳米快报》(doi: 10.1021/ACS)上。nanoletter.0c02724)于2020年9月2日发布,标题为“软粒子能够通过氧化石墨烯膜实现快速和选择性的水传输”。论文作者为张伟明教授和张文斌副研究员,潘炳才教授为合著者。该研究得到了国家重点R&D项目、国家杰出青年基金等项目以及污染控制与资源研究国家重点实验室、南京大学环境纳米技术研究中心、南京大学高性能计算中心等平台的支持。

图1聚丙烯腈凝胶粒子插层制备GO复合膜示意图

图2 GO复合膜中纳米仿生水道及层间距离调节示意图

图3 GO复合膜的水化和截留性能

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