插层策略可成功控制2D膜的层间距，以进行有效的脱盐和离子筛分过程，但是，选择一种合适的纳米级嵌入剂以及能够进一步化学修饰，目前仍存在很大困难。这里，首次报道了插层软粒子-聚丙烯腈凝胶颗粒（PANGPs），通过软PAN GP变形可有效控制氧化石墨烯（GO）膜的层间距离。此外，碱诱导PAN GPs的疏水性/亲水性结构有助于水通过GO膜进行溶液扩散。插入的PAN GP可以帮助实现快速且选择性水渗透，这已被CuEDTA2-分离实验所证实，其渗透率比报道的2D膜高4〜13倍。
 
Figure 1. 插入软聚丙烯腈凝胶粒子（PAN GPs）以制备GO纳滤膜的原理示意图。
 

Figure 2. TEM表征以及PAN GP尺寸对Cu-EDTA分离实验的影响。a-d）ATPP@GOM-n在不同EtOH体积％时的TEM图像：（a）20％，（b）30％，（c）50％和（d）70％。 在此，“ d”代表PAN GP的尺寸大小，在ATPP@GOM-20中未观察到PAN GP。（e）Cu-EDTA分离实验对浓悬浮液中添加EtOH体积百分比（对应于PAN GP的尺寸大小）的依赖性。
 

Figure 3. PAN GPs周围的表面电荷对水传输的影响。（a）TPP@GOM-30和（b）ATPP@GOM-30膜的照片。（c）直接通过表面离子PAN GP模拟的水通道蛋白。（d）Cu-EDTA分离实验对KOH浓度的依赖性。
 

Figure 4.（a）Cu-EDTA分离实验对PAN/GO质量比的依赖性。（b）ATPP@GOM-30对Cu-EDTA的通量和截留率随渗透时间的变化。（c）重金属-有机络合物阴离子在不同配位金属时的通量和截留率，（d）该工作制备的ATPP@GOM-30膜与其他报道的纳滤膜的通量和截留率进行比较。
 
      该研究工作由南京大学Wenbin Zhang课题组于2020年发表在Nano Letters期刊上。原文：Soft Particles Enable Fast and Selective Water Transport through Graphene Oxide Membranes。

摘自《石墨烯杂志》公众号：