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Nano Lett.┃化学层压的氧化石墨烯/酚醛树脂均孔膜用于高效海水淡化

英文原题:Chemically Laminating Graphene Oxide Nanosheets with Phenolic Nanomeshes for Robust Membranes with Fast Desalination

通讯作者:刘天西教授,江南大学;汪勇教授,南京工业大学

作者:Qianqian Lan (兰倩倩), Chao Feng (冯超), Zicheng Wang (王子成), Le Li (李乐), Yong Wang (汪勇), Tianxi Liu (刘天西)


氧化石墨烯(GO)具有原子级厚度、丰富的含氧官能团以及良好的机械稳定性等优点,可用于构建超薄且坚固的层压膜并用于超快选择性水/离子分离。然而,水分子过度嵌入GO纳米通道内导致溶胀效应扩大层间距,降低GO膜的离子选择性,阻碍了GO膜的进一步发展和脱盐应用。在GO膜中引入多孔纳米片并增强层间相互作用是提高GO膜分离性能与稳定性的有效策略。

图1. GO/酚醛树脂均孔膜的制备示意图


近日,江南大学刘天西教授、南京工业大学汪勇教授在Nano Letters 上发表论文,通过化学层压策略,采用酚醛树脂纳米筛提高GO膜稳定性与海水淡化性能。酚醛树脂纳米筛丰富的多孔结构可减短传质距离,降低传质阻力,同时化学连接的结构使层间距降至6.4 Å,因此膜的水渗透性高达165.6 L/(m2•h•bar),对Na2SO4的截留率高达97 %,并具有优异的稳定性。

图2. GO、酚醛树脂纳米筛和复合膜的形貌


图3. GO/酚醛树脂均孔膜的理化特性


在大孔PVDF基膜上真空抽滤GO和酚醛树脂/聚醚纳米片的混合分散液后经酸处理,制备得到超薄GO/酚醛树脂均孔膜。酸处理可去除聚醚以产生贯穿平面的纳米孔道,并可使GO和酚醛树脂纳米筛化学键连,稳定纳米通道,抑制GO在水中的溶胀。在干燥状态下,GO膜的d值可由8.6 Å减小至6.4 Å。

图4. GO/酚醛树脂均孔膜的分离性能


当GO/酚醛树脂纳米筛的负载量为80 μg/cm2、质量比为1:1时,所得膜具有高渗透性和高截留率。同时,可改变负载量对膜厚进行调节,实现分离性能的进一步优化。在最佳制备条件下,膜的水渗透性高达165.6 L/(m2•h•bar),对Na2SO4和负电性染料的截留率分别为97%和>99%。此外,膜表现出优异的性能稳定性。


这项工作提供了一种简单的策略,将贯穿平面的纳米孔道引入到GO膜中以实现快速脱盐,并展示了化学连接效应在控制层间距中的作用。此外,该策略有望用于其它二维材料基纳米通道的设计,以提高其性能。


相关论文发表在Nano Letters 上,江南大学博士后兰倩倩为文章的第一作者,刘天西教授和汪勇教授为共同通讯作者。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Chemically Laminating Graphene Oxide Nanosheets with Phenolic Nanomeshes for Robust Membranes with Fast Desalination

Qianqian Lan, Chao Feng, Zicheng Wang, Le Li, Yong Wang*, and Tianxi Liu*

Nano Lett.202121, 19, 8236–8243, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02683

Publication Date: October 1, 2021

Copyright © 2021 American Chemical Society


导师介绍

汪勇

https://www.x-mol.com/university/faculty/11642 


(本稿件来自ACS Publications


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