从水体中高效选择性地分离有机小分子，如药品和染料等，是一个很大的挑战。目前，多种纳米粒子已经被分散到现有的高分子复合水处理膜体系中，以提高膜的过滤选择性和表面特性。但是，在分散体系中，纳米粒子和聚合物之间的相互作用往往很差，这一方面导致膜自身结构的缺陷，另一方面会引起纳米粒子在测试过程中的泄漏，导致二次污染。氧化石墨烯(GO)因其优异的物理化学性质，在水处理膜领域被广泛研究和报道，但是其片层尺寸大，不能改变高分子膜的孔结构。氧化石墨烯量子点（GQD）尺寸较小，具有更多的边缘区域，同时保留与GO相似的表面官能团。此外，GQD具有较好的生物相容性，并且是环境友好材料。目前已有报道称GQD共价连接到聚偏二氟乙烯膜表面，可以提高膜的抗菌特性。
　　在该工作中，作者将GQD与纤维素膜结合，提高了纤维素膜的选择性，渗透性和表面特性。与以往报道的混合衬底膜不同，作者采用离子液体作为GQD和纤维素的共同溶剂，在纤维素膜成型的同时，引入GQD。结果发现，GQD与纤维素通过氢键牢固结合，在对流和剪切应力下稳定。GQD分布在纤维素膜的表面，提高了膜层的亲水性和表面负电荷。该复合膜的过滤性能介于超滤膜和纳滤膜之间，可以选择性地分离分子量不同的模型染料，同时允许盐离子通过。此外，测试结束后GQD仍较好地保留在复合膜内。
该工作中将尺寸5nm左右的GQD与纤维素共混成膜，图1为GQD和纤维素复合过滤膜的制备过程示意图，首先，GQD和纤维素被共同分散在离子液体里，然后刮涂成膜，最后进行凝胶化。图2所示为未改性纤维素膜和GQD复合纤维素膜的表面电位表征，可以看出GQD的引入增加了复合膜表面的负电荷，这是因为在成膜的过程中带负电的GQD倾向于分布在复合膜的表层区域。图3所示为未改性纤维素膜和GQD复合纤维素膜的表面亲水性测试结果，可以看出GQD增加了复合膜的亲水性，这源自于其表面丰富的羧基和羟基等含氧官能团。对不同分子量的模型染料溶液进行测试，结果发现GQD可以降低纤维素膜的凝胶化成型温度，并且对不同分子量的染料具有良好的选择透过性。
　　该论文近期被发表在期刊Journal of Membrane Science上，论文链接为：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.04.009。

图1.GQD和纤维素在离子液体中的溶解和随后的成膜示意图

图2. 未改性纤维素膜和GQD复合纤维素膜的Zeta电位

图3.未改性纤维素膜和GQD复合纤维素膜的水接触角，其中柱状指向左轴，四边形指向右轴

图4. 未改性纤维素膜和GQD复合纤维素膜对于不同分子量的模型染料溶液的脱除效果测试结果

　　来源：OIL实验室