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加州大学陈俊青岛大学黄林军和唐建国课题组--具有pH响应纳米通道的仿生氧化石墨烯膜用于高性能纳滤
      拥有高透水性和精确分子分离的可调门控氧化石墨烯膜(GO)在智能纳滤设备中具有重要的应用。在该项工作中,受肾小球过滤功能的生物启发,将带正电荷的聚乙烯亚胺接枝的GO(GO-PEI)引入到带负电荷的GO纳米片,构建了智能且高性能的GO膜。结果发现,添加的GO-PEI组分改变了表面电荷,改善了亲水性,扩大了纳米通道。球状石墨烯氧化膜(G-GOM)的水渗透率高达88.57L m−2 h−1 bar−1,相当于传统GO膜的4倍,这将归因于扩大的受限纳米通道。同时,由于静电相互作用,在pH 12时能选择性地去除带正电荷的亚甲基蓝,在pH 2时能选择性去除带负电荷的甲基橙,去除率达96%以上。高循环透水性和高选择性有机去除性能可归因于可控的纳米通道尺寸和可调静电相互作用对环境pH响应的协同效应。该策略为设计具有可调选择性的pH响应门控膜提供了思路,意味着智能纳滤技术的巨大进步,具有广泛的应用前景。
 
 
Figure 1. 氧化石墨烯薄膜的制备。(a)肾脏中肾小球发生过滤功能,(b)氧化石墨烯薄膜制备过程示意图,(c-d)XPS光谱,(e-f)顶视及横截面SEM图,(g-h)5p-nGOM的AFM图。
 
  
Figure 2. 具有pH响应纳米通道氧化石墨烯膜用于高性能纳滤。(a)水接触角和表面粗糙度,(b)纯水渗透性和对罗丹明B染料的排斥性,(c)nGOM和5p-nGOM在不同pH下的水渗透性,(d)GOM和5p-nGOM对MnB (+)和MO(-)的排斥性,(e)将MnB和MO的进料溶液和通过5p-nGOM 膜过滤,(f)GOM和5p-nGOM的门控比率。
 
 
Figure 3. pH响应纳米通道氧化石墨烯膜的机理。(a)GO和GO-PEI的XRD图谱。(b)GO和GO-PEI组分的ζ电位。(c) 5p-nGOM浸泡在pH 2和12溶液中的XRD图案。(d)对pH响应的纳米通道示意图。
 
  
Figure 4.氧化石墨烯薄膜的应用性能。(a)5p-nGOM的循环渗透门控性能,(b)5p-nGOM的透水性与单位面积载量的函数关系,(c) 5p-nGOM膜的稳定性测试,在水溶液中浸泡30天,(d)透水性和分子分离性能。
  
       该研究工作由加州大学Jun Chen,青岛大学Linjun Huang 和Jianguo Tang课题组于2021年发表在ACS NANO期刊上。原文:Bioinspired Graphene Oxide Membranes with pH-Responsive Nanochannels for High-Performance Nanofiltration。

转自《石墨烯杂志》公众号

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