Although over the past few years, graphene oxide (GO) has emerged as a promising membrane material, the applicability of layered GO membranes in water purification/seawater desalination is still a challenging issue because of the undesirable swelling of GO laminates in the aqueous environment. One of the ways to tune the interlayer spacing and to arrest the undesirable swelling of layered GO membranes in the aqueous environment is to intercalate the interlayer spacing of the GO laminates with cations. Although the cation intercalation imparts stabilization to GO laminates in the aqueous environment, their effect on the performance of the membrane is yet to be addressed in detail. In the present study we have investigated the effect of cation intercalation on the performance of layered GO membranes using molecular dynamics simulation. For the same interlayer spacing, the cation intercalated layered GO membranes have a higher water flux as compared to the corresponding pristine layered GO membranes. In the presence of the cations, the water molecules inside the interlayer gallery get more compactly packed. The presence of the cations also increases the stability of the hydrogen bond network among the water molecules inside the membrane. This can be attributed to slow water reorientation dynamics inside the interlayer gallery in the presence of the cations. The synergistic effect of all these changes is that the water permeability through the cation intercalated layered GO membranes is higher as compared to that through the corresponding pristine layered GO membranes. On the other hand, the intercalation of the cations (K⁺, Mg²⁺) leads to higher rejection of Na⁺ ions whereas the rejection of Cl⁻ ions slightly decreases.

中文翻译：

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阳离子的存在对层状氧化石墨烯膜中水和盐动力学的影响

尽管在过去的几年中，氧化石墨烯（GO）已经成为一种有前途的膜材料，但是由于GO层压板在水性环境中不希望的溶胀，因此层状GO膜在水净化/海水淡化中的应用仍然是一个具有挑战性的问题。调节层间间隔并阻止层状GO膜在水环境中不希望的溶胀的一种方法是用阳离子插入GO层压板的层间间隔。尽管阳离子插层在水性环境中使GO层压板具有稳定性，但它们对膜性能的影响尚待详细研究。在本研究中，我们使用分子动力学模拟研究了阳离子插层对GO分层膜性能的影响。对于相同的层间间隔，与相应的原始层状GO膜相比，阳离子层状GO膜层具有更高的水通量。在阳离子的存在下，夹层通道内的水分子变得更紧密地堆积。阳离子的存在还增加了膜内水分子之间氢键网络的稳定性。这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子插层GO膜的透水性更高。另一方面，阳离子（K 与相应的原始层状GO膜相比，阳离子层状GO膜具有更高的水通量。在阳离子的存在下，夹层通道内的水分子变得更紧密地堆积。阳离子的存在还增加了膜内水分子之间氢键网络的稳定性。这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子插层GO膜的透水性更高。另一方面，阳离子（K 与相应的原始层状GO膜相比，阳离子层状GO膜具有更高的水通量。在阳离子的存在下，夹层通道内的水分子变得更紧密地堆积。阳离子的存在还增加了膜内水分子之间氢键网络的稳定性。这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子插层GO膜的透水性更高。另一方面，阳离子（K 夹层通道内的水分子变得更加紧凑。阳离子的存在还增加了膜内水分子之间氢键网络的稳定性。这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子层状GO膜的透水率更高。另一方面，阳离子（K 夹层通道内的水分子变得更加紧凑。阳离子的存在还增加了膜内水分子之间氢键网络的稳定性。这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是，与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子插层GO膜的透水性更高。另一方面，阳离子（K 这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子层状GO膜的透水率更高。另一方面，阳离子（K 这可以归因于在存在阳离子的情况下，夹层通道内部的水重新定向动力学缓慢。所有这些变化的协同作用是与通过相应的原始层状GO膜相比，通过阳离子层状GO膜的透水率更高。另一方面，阳离子（K⁺，镁²⁺）导致拒绝更高的Na ⁺离子，而拒绝的Cl ^-离子略有下降。