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石墨烯水處理膜,效果究竟如何?

來源:海水之光    發布時間: 2018-05-23


    石墨烯由單層碳原子組成的二維碳納米材料。事實上,石墨就是由石墨烯以非常緊密的形式層層疊起的,厚1毫米的石墨大約包含300萬層石墨烯。石墨烯以獨特的力學和電學特性被稱為“神奇材料”,但其與水的相互作用卻讓人困惑:石墨烯本身為全碳材料,天然地對水有排斥作用,然而水一旦進入石墨烯層與層之間的空隙,滲透速度又會驟增?;谶@一特性,國內外的研究團隊紛紛將石墨烯構建成薄膜,用于水處理。不過,目前對于石墨烯膜的作用機理及功能細分仍待更深入的研究。

 
 
    膜室魏楊揚及所在團隊研究開發出一種石墨烯-殼聚糖復合膜(prGO-CS),利用層間通道的篩分作用和電荷排斥作用,首次實現了石墨烯-殼聚糖膜針對一、二價陽離子的高選擇分離(分離因子在TDS為3000 ppm的一二價混合鹽溶液中達到33.8),與同類正電膜相比性能突出(下表),體現了石墨烯膜在苦咸水軟化領域具有的巨大潛力。事實上,一價陽離子(Na+)和二價陽離子(Mg2+、Ca2+等)的水合離子在尺寸上的差異很?。ㄖ睆讲町愒?.1納米左右),只有通過納米尺度的精確調控,才能實現兩類離子的高效分離。值得一提的是,本研究中的膜還具有操作壓力低(0.5兆帕)、成本低(一張直徑7厘米的膜僅需消耗0.1毫克石墨烯)等優點。相關研究發表在RSC Advances上(Yangyang Wei, Jian Wang, Hao Li, Man Zhao, Huifeng Zhang, Yipeng Guan, Hai Huang, Baoxia Mi and Yushan Zhang, Partially reduced graphene oxide and chitosan nanohybrid membranes for selective retention for divalent cations, RSC Advances, 2018, 8, 13656-13663.)。未來,團隊還將針對石墨烯膜的脫鹽、耐污等性能及機理進行更深入的研究。
    上述研究由淡化所與美國加州大學伯克利分校合作完成,得到政府間國際科技創新合作重點專項、國家自然基金青年基金、區域示范等項目支持。


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