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。

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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., 2021, 21, 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）