近日，我校理學院研究團隊在國際知名刊物《Journal of Materials Chemistry A》（影響因數11.301），線上發表了最新研究成果“Ultrahigh water permeation with high multivalent metal ions rejection rate through graphene oxide membranes”。該研究對氧化石墨烯膜在水處理方面的應用和改進提供了一種全新的思路，還可進一步延伸用於其他層狀二維膜資料的開發，工業化應用前景十分廣闊。
膜分離是一種新型的分離科技，與傳統科技相比，具有節能、高效、操作簡單等特點，受到學術界與工業界的廣泛關注，開發高性能膜資料是實現高效膜分離的關鍵。以高通量、高選擇性以及高穩定性關鍵特徵的膜分離科技為代表的解決方案，已逐漸成為解决水環境污染和水資源短缺的核心技術之一。
石墨烯（Graphene）是由碳原子形成的蜂窩狀平面薄膜，是現時發現的最薄、强度最大、導電導熱效能最强的一種新型納米材料。英國物理學家Geim和Novoselov用微機械剝離法成功從石墨中分離出石墨烯，獲得2010年諾貝爾物理學獎。石墨烯因其獨特的二維結構，擁有諸多突出的物理化學性質，在能源、資料、電子、生物、醫藥等領域展現出巨大的應用前景，也是構築高性能分離膜的理想資料，成為近年來膜領域的研究熱點。然而，石墨烯膜用於離子篩分和海水淡化仍面臨巨大挑戰，普遍存在對離子的截留率較高的條件下，水通量較低，且穩定性不良的問題。
氧化石墨烯膜對高價態金屬離子的截留效能
該研究，由我校研究團隊與華東理工大學、浙江省輻射環境監測站合作，優化了氧化石墨烯膜的製備過程，將製備的氧化石墨烯膜用於高價態金屬離子截留的水處理過程。這種方法使得氧化石墨烯膜對高價態離子截留時水通量可達75±2 L m−2h−1bar−1，同時保持著99.9±0.1%的離子截留率。該膜在離子截留時的水滲透效能，優於現有報導的傳統的納濾膜以及其他先進的二維膜，且相對於一般氧化石墨烯膜在處理離子時的水通量，提高了1~2個量級。此外，該氧化石墨烯膜具有較高的穩定性，可在5天的穩定性測試中保持高截留和高通量效能。
這種高截留率和高通量的氧化石墨烯膜是由於膜內保持了較大的層間距，使得水更容易通過，從而得到較高的水通量。同時，由於膜內的高價態的水合離子與氧化石墨烯片層之間的强水合離子-π作用，使得膜內的水合離子結構型變，其型變的水合離子尺寸小於溶液環境下未型變的水合離子。囙此，基於水合離子-π作用調控的層間距尺寸小於溶液中的水合離子尺寸，在保持水的高通量的同時，實現了離子的高效截留。
該論文第一作者為我校理學院碩士研究生代芳芳，浙江省輻射環境監測站周峰高級工程師為共同第一作者；陳亮教授為本文的通訊作者，華東理工大學梁珊珊博士為共同通訊作者；我校陳均朗副教授參與、華東理工大學方海平教授主持，共同完成了本項工作。
該工作得到了國家自然科學基金委（12074341，12004110，U1832150，11875236，11974366，1157433）、浙江農林大學校科研發展基金（No. 2017FR032）等項目的資助和支持。
論文連結位址：https://doi.org/10.1039/D1TA00647A。
本文版權歸原作者所有，文章內容不代表平臺觀點或立場。如有關於文章內容、版權或其他問題請與我方聯系，我方將在核實情况後對相關內容做删除或保留處理！