擁有高透水性和精確分子分離的可調(diào)門控氧化石墨烯膜（GO）在智能納濾設(shè)備中具有重要的應(yīng)用。在該項(xiàng)工作中，受腎小球過(guò)濾功能的生物啟發(fā)，將帶正電荷的聚乙烯亞胺接枝的GO（GO-PEI）引入到帶負(fù)電荷的GO納米片，構(gòu)建了智能且高性能的GO膜。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加的GO-PEI組分改變了表面電荷，改善了親水性，擴(kuò)大了納米通道。球狀石墨烯氧化膜（G-GOM）的水滲透率高達(dá)88.57L m−2 h−1 bar−1，相當(dāng)于傳統(tǒng)GO膜的4倍，這將歸因于擴(kuò)大的受限納米通道。同時(shí)，由于靜電相互作用，在pH 12時(shí)能選擇性地去除帶正電荷的亞甲基藍(lán)，在pH 2時(shí)能選擇性去除帶負(fù)電荷的甲基橙，去除率達(dá)96%以上。高循環(huán)透水性和高選擇性有機(jī)去除性能可歸因于可控的納米通道尺寸和可調(diào)靜電相互作用對(duì)環(huán)境pH響應(yīng)的協(xié)同效應(yīng)。該策略為設(shè)計(jì)具有可調(diào)選擇性的pH響應(yīng)門控膜提供了思路，意味著智能納濾技術(shù)的巨大進(jìn)步，具有廣泛的應(yīng)用前景。
Figure 1. 氧化石墨烯薄膜的制備。（a）腎臟中腎小球發(fā)生過(guò)濾功能，（b）氧化石墨烯薄膜制備過(guò)程示意圖，（c-d）XPS光譜，（e-f）頂視及橫截面SEM圖，（g-h）5p-nGOM的AFM圖。
Figure 2. 具有pH響應(yīng)納米通道氧化石墨烯膜用于高性能納濾。（a）水接觸角和表面粗糙度，（b）純水滲透性和對(duì)羅丹明B染料的排斥性，（c）nGOM和5p-nGOM在不同pH下的水滲透性，（d）GOM和5p-nGOM對(duì)MnB (+)和MO(-)的排斥性，（e）將MnB和MO的進(jìn)料溶液和通過(guò)5p-nGOM 膜過(guò)濾，（f）GOM和5p-nGOM的門控比率。
Figure 3. pH響應(yīng)納米通道氧化石墨烯膜的機(jī)理。（a）GO和GO-PEI的XRD圖譜。（b）GO和GO-PEI組分的ζ電位。(c) 5p-nGOM浸泡在pH 2和12溶液中的XRD圖案。（d）對(duì)pH響應(yīng)的納米通道示意圖。
Figure 4．氧化石墨烯薄膜的應(yīng)用性能。(a)5p-nGOM的循環(huán)滲透門控性能，（b）5p-nGOM的透水性與單位面積載量的函數(shù)關(guān)系，(c) 5p-nGOM膜的穩(wěn)定性測(cè)試，在水溶液中浸泡30天，（d）透水性和分子分離性能。
該研究工作由加州大學(xué)Jun Chen，青島大學(xué)Linjun Huang 和Jianguo Tang課題組于2021年發(fā)表在ACS NANO期刊上。原文：Bioinspired Graphene Oxide Membranes with pH-Responsive Nanochannels for High-Performance Nanofiltration。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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