水净化对于缓解世界范围内的水资源短缺和污染问题具有重要意义。在这项工作中，开发了一种基于垂直石墨烯改性玻璃纤维过滤器（EF-VG-GFF）的电场（EF）辅助多功能一步动态水过滤和消毒系统。得益于VG密集而尖锐的纳米壁结构和局部增强的EF，EFVG-GFF纯化系统创新地充当过滤器和电穿孔消毒系统，同时实现细菌的物理拦截和不可逆的生理灭活。因此，在比传统电穿孔消毒系统低几个数量级的电压下，在 2000 L·h^-1 m^-2 仅相当于 0.36 秒的保留时间。卓越的净化性能，加上时间和能源效率、无副产物和安全优势，使EF-VG-GFF系统成为发展高效、低成本、环保水净化的竞争选择。
 
    
Figure 1. 多功能一级动态水过滤消毒EF-VG-GFF系统的设计。 (a) EF-VG-GFF 纯化系统的结构。 (b 和 c) 用作系统中电极的 VG-GFF (b) 和 HG-GFF (c) 的示意图。 (d) VG 周围的模拟局部 EF，以及侧视图中标记位置的放大图像。 (e) 模拟 HG 周围的局部 EF。模拟电压为 10 V。
 
 
Figure 2. VG-GFF 的制造和表征。 (a) PECVD 系统中 GFF 上的 VG 生长示意图。 (b) GFF 上不同生长时间的 VG 拉曼光谱（归一化为 G 峰强度）。 (c-e) VG-GFF 在不同生长时间的 SEM 图像。 (f) VG-GFF 在生长 60 分钟后的横截面 SEM 图像，VG 高度为 1.49 mm。 (g) GFF 上 HG 的 SEM 图像和拉曼光谱 (插图)。 (h) GFF、VG-GFF 和 HG-GFF 的照片。
 
 
Figure 3. EF-VG-GFF 系统的净化性能。 (a和b) MDR大肠杆菌 (a) 和MRSA (b) 在用不同方法纯化后的滤液中的电镀结果。 0 V 表示系统在没有施加电压的情况下运行，而 EF-10 V 和 EH-10 V 分别代表 EF 和 EH 消毒系统中 10 V 施加电压的运行条件。 (c 和 d) (a 和 b) 中样品的 MDR 大肠杆菌 (c) 和 MRSA (d) 的相应统计数据。 (e 和 f) 滤液中 MDR 大肠杆菌 (e) 和 MRSA (f) 的活/死荧光染色。 (g 和 h) MDR 大肠杆菌的代表性 SEM 图像。 (g) 和 MRSA (h) 在过滤和消毒后的过滤器上。误差棒代表从三个不同制备批次的三个重复计算的标准偏差（每个重复由同一批次的一对滤膜组成）。
 
 
Figure 4. EF-VG-GFF 净化系统的消毒机制。 (a-c) EF-VG-GFF 系统中触发的生化过程：内膜电位 (a)、膜通透性 (b) 和细胞内 ATP 水平 (c) 的变化。外加电压为 10 V。 (d) EF-VG-GFF 系统的消毒机制示意图，包括电穿孔 (I) 过程、物理穿刺 (II) 过程以及细菌代谢过程中 ATP 合成的功能障碍（三）。误差棒代表从三个不同制备批次的三个重复计算的标准偏差（每个重复由同一批次的一对滤膜组成）。
 
       相关研究工作由北京大学与北京石墨烯研究院Yue Qi和 Zhongfan Liu于2022年在线发表在《J. Mater. Chem. A》期刊上，原文： Multifunctional glass fibre filter modified with vertical graphene for one-step dynamic water filtration and disinfection。

转自《石墨烯研究》公众号