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石墨烯水处理膜,效果究竟如何?

来源:海水之光    更新时间:2018-05-23

    石墨烯由单层碳原子组成的二维碳纳米材料。事实上,石墨就是由石墨烯以非常紧密的形式层层叠起的,厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”,但其与水的相互作用却让人困惑:石墨烯本身为全碳材料,天然地对水有排斥作用,然而水一旦进入石墨烯层与层之间的空隙,渗透速度又会骤增。基于这一特性,国内外的研究团队纷纷将石墨烯构建成薄膜,用于水处理。不过,目前对于石墨烯膜的作用机理及功能细分仍待更深入的研究。

 
 
    膜室魏杨扬及所在团队研究开发出一种石墨烯-壳聚糖复合膜(prGO-CS),利用层间通道的筛分作用和电荷排斥作用,首次实现了石墨烯-壳聚糖膜针对一、二价阳离子的高选择分离(分离因子在TDS为3000 ppm的一二价混合盐溶液中达到33.8),与同类正电膜相比性能突出(下表),体现了石墨烯膜在苦咸水软化领域具有的巨大潜力。事实上,一价阳离子(Na+)和二价阳离子(Mg2+、Ca2+等)的水合离子在尺寸上的差异很小(直径差异在0.1纳米左右),只有通过纳米尺度的精确调控,才能实现两类离子的高效分离。值得一提的是,本研究中的膜还具有操作压力低(0.5兆帕)、成本低(一张直径7厘米的膜仅需消耗0.1毫克石墨烯)等优点。相关研究发表在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.)。未来,团队还将针对石墨烯膜的脱盐、耐污等性能及机理进行更深入的研究。
    上述研究由淡化所与美国加州大学伯克利分校合作完成,得到政府间国际科技创新合作重点专项、国家自然基金青年基金、区域示范等项目支持。


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