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北京理工大学Kening Sun课题组--二维MXene结合的氧化石墨烯复合膜具有增强的净水性能
        氧化石墨烯(GO)膜在水性应用(例如水处理)中的不稳定性和低渗透性的局限性代表了其广泛应用的重大障碍。在本文中,我们描述了一种基于GO和MXene的新型复合膜的开发和测试。GO/MXene膜的独特异质结构在底物排斥和渗透性方面表现出协同效应,其随GO和MXene的相对比例而变化。由于其有利的二维(2D)层间通道和亲水性,在相同的实验条件下,与参考GO膜(6.5 L m-2 h-1.bar-1)进行比较,GO/MXene质量比为1/4的复合膜(约550 nm)表现出更大的水通量(71.9 L m-2 h-1.bar-1)。而且,复合膜在水中超过一个月显示出优异的稳定性。发现常见的小分子有机染料(NR、MB、CV、BB)的排斥率超过99.5%,并且在原水中的两种代表性类型的天然有机物(HA和BSA)具有相似的优异去除效率。与参比GO膜相比,GO/MXene复合膜的水通量更高,这主要归因于膜的层间间距适度增加和含氧官能团的减少。
  
Figure 1. (a)GO/MXene复合膜的制造工艺示意图。GO和MXene纳米片的特性:(b)GO和(c)MXene的XRD光谱图,插图为相应的拉曼光谱;(d)GO和(e)MXene的AFM分析
 

Figure 2. (a)质量比为1/1的GO/MXene复合膜的横截面SEM图像;(b)GO的表面、(c)GO/MXene的表面和(d)MXene膜的SEM图像(比例尺,1μm)

 

Figure 3. GO/MXene复合膜的理化特性:(a)水接触角的变化;(b)随着MXene含量的增加,GO/MXene膜的红外光谱;随着MXene含量的增加,GO/MXene膜在干态(c)和湿态(d)的XRD分析。
 
  
Figure 4. GO/MXene复合膜的过滤性能:(a)通量随GO/MXene比的变化,插图:通量随压力梯度(ΔP)的变化;(b)几种染料(CG、NR、MB、CV、BB)的底物截留率随GO/MXene比的变化,插图:以质量比过滤通过复合膜过滤之前(顶部)和之后溶解在水中染料的照片1/4(中)和纯MXene膜(底部)。
 
      相关研究成果于2020年由北京理工大学Kening Sun课题组,发表在Journal of Membrane Science(2020, 593, 117431)上。原文:Two-dimensional MXene incorporated graphene oxide composite membrane with enhanced water purification performance。

摘自《石墨烯杂志》公众号:

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