选择性渗透膜在水处理领域有着广泛的应用，压力驱动的过滤膜是其中重要的组成部分。新材料的开发和应用不断拓展过滤膜的功能，二维石墨烯材料因其独特的结构和分子过滤性质在水处理领域被作为新型膜材料引起了广泛的关注。据报道，氧化石墨烯(GO)和高分子复合可以提高高分子膜的水传输性能和抗污染性能。GO还可以作为表面涂层提高高分子膜的性能。除此之外，GO自身可以组装成膜，但是其膜面积往往较小且膜的机械强度不高，这些都限制了其实际应用。
　　GO纳米片之间的纳米毛细通道是膜进行水传输和离子分离的关键，对GO膜的纳米层间距进行调节是GO膜的重要研究方向，包括用各种交联剂、小分子、聚合物、离子、纳米颗粒以及碳纳米管等。GO纳米片的还原程度和官能化直接影响GO膜的过滤分离性能，膜的密实化也对其性能有着至关重要的影响。尽管目前关于GO膜的研究报道很多，这些工作当中GO膜的制备方法往往伴随着一些缺点，比如膜面积小、加工过程复杂、膜机械强度低等等，开发一种低成本制备大面积GO膜的方法是非常有意义的。
　　近日，来自中国科学院大学的研究团队用微滤过滤装置制备得到了部分还原的GO(PrGO)膜，并在后续对膜进行密实化，这种制备方法适用于GO膜的大面积制备，并且不受衬底的形状和材质的限制。图1所示为膜的制备过程示意图，双氨和GO的混合溶液在氮气提供压力的过滤罐中，过滤通过PVDF膜，成膜后继续在0.4MPa的压力下进行膜的密实化，该过程持续30分钟。图2的测试结果表明，随着GO膜厚度的增加其水通量呈现下降趋势，GO纳米片的还原程度也直接影响膜的水通量和脱盐效果。图3(a)的测试结果证明，未经密实化处理的GO膜通量略高，但是几乎没有脱盐率，作者认为最外层的GO纳米片排列无序，显著加剧了表层部位的浓差极化，使得膜的脱盐率非常低。
　　在该工作中，作者在微滤过滤设备里原位制备GO膜，并研究了原位密实化对于膜过滤分离性能的影响。密实化的过程提高了表层GO纳米片排列的规整程度，减小了膜在测试过程中的浓差极化，从而提高了膜的脱盐性能。

图1. (a) 原位合成PrGO膜过程示意图；(b)原位对PrGO膜进行密实化；(c)PrGO膜进行脱盐的机理示意图

图2. (a) 不同还原程度的PrGO膜的水通量随时间的变化曲线；(b)不同还原程度的PrGO膜对单价和二价离子的截留性能

图3. (a) 密实化前后膜的过滤分离性能对比；(b-c)两者的过程示意图

文章链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b08531

来源：OIL实验室