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如何提高RGO膜的透水截留性能RGO-MXene膜给出了答案
发布时间：2023-03-30 15:56:38编辑：来源：
膜分离技术以其分离效率高、操作方便、能耗低等优点成为水处理最有效的方法之一。由氧化石墨烯 (GO) 制备的膜因其高透水性而受到广泛关注，这归因于其膜通道的原子平滑 sp2 区域(非氧化区域)中的快速水传输。与氧化石墨烯(GO)膜相比，还原氧化石墨烯(RGO)膜理论上更有利于水分子在其通道中的快速传输，因为它们具有更少的含氧官能团和更多的非氧化区域。
然而，文献的实验结果表明，RGO膜的透水性普遍很低，甚至低于1.0 L/(m 2·小时·酒吧)。GO还原为RGO的过程可以减少RGO纳米片上的氧官能团数量，因此，RGO膜表现出较弱的亲水性和较窄的层间距。尽管水分子在 RGO 膜通道的非氧化区域快速传输，但其弱亲水性和狭窄的膜通道会阻碍水分子进入通道，导致透水性降低。此外，RGO 膜表面氧官能团的减少会削弱膜与带电物质之间的静电相互作用，从而降低这些带电物质的排斥率。
为解决RGO膜弱亲水性抑制进水通道导致透水性低的问题，大连理工大学谢权教授及其团队构建了导电MXene插层RGO(RGO-MXene)通过将 MXene 嵌入到 RGO 膜中来制备具有润湿性调节通道的膜。该研究以“Electroconductive RGO-MXene membranes with wettabilityregulated channels: improved water permeability and electro-enhanced rejection performance”为题于2023年在线发表于Frontiers of Environmental Science & Engineering。
研究团队发现，RGO-MXene复合膜的纯水渗透率高达62.1 L/(m 2 ·h·bar)，约为RGO膜(3.7 L/(m 2 ·h·bar))的16.8倍。润湿性测试结果和分子动力学模拟表明，透水性的改善是由于 RGO-MXene 膜的润湿性增强和水分子进入 RGO-MXene 通道的速率增加所致。得益于良好的导电性，带有电辅助的 RGO-MXene 膜对带负电荷的染料的截留率显着提高(对于 Orange G，从 0 V 时的 56.0% 到 2.0 V 时的 91.4%)而渗透通量没有降低，这可归因于在电助下增强静电排斥力。
在这项工作中，导电 RGO-MXene 膜是通过将 MXene 嵌入 RGO 膜中制备的。通过调整复合膜中 MXene 的质量百分比来调节膜的润湿性。润湿特性和分子动力学模拟表明，膜润湿性和水分子进入膜通道的速率是提高水通量的重要因素。此外，RGO-MXene 膜在电辅助下对带电染料表现出更高的排斥率。该工作有望为未来构建具有高水传输和分子排斥的新型膜通道结构的研究提供新的视角。
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