科普專欄 / Information

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

氧化石墨烯膜作為一種新型分離膜在水處理領域還處于研究階段,到實現工程化應用還有大量的工作要做,相信随着研究的深入,未來氧化石墨烯膜将成為解決水環境污染和水資源短缺問題的主要手段之一。

水環境污染和水資源短缺是全球所面臨的兩個重大環境問題,膜技術已經被證實是解決此問題非常有效的手段之一。目前,在水處理領域使用的膜大部分采用有機高分子材料、金屬氧化物和陶瓷等為原料,在應用過程中都存在一些問題,比如污染物截留率低、能耗高、膜污染嚴重等。

2010年英國Manchester大學的GEIM和NOVOSELOV獲得諾貝爾物理學獎後,石墨烯的研究得到了快速發展。Nair等在2012年報道了氧化石墨烯薄膜對水的獨特滲透性,此後,GOM的滲透性引起了研究人員的廣泛關注。專家認為,氧化石墨烯優越的物理化學性能将使氧化石墨烯薄膜成為解決水環境和水資源短缺問題最具潛力的手段之一,為膜技術在水處理領域打開了一個全新的研究方向,将成為膜技術研究的熱點之一。

氧化石墨烯是與石墨烯密切相關的一種重要物質。氧化石墨烯是具有層狀結構的非化學計量材料,以石墨為原料制備得到。氧化石墨烯與石墨烯在結構上有很大差别,石墨烯隻含有SP2雜化碳原子,氧化石墨烯中含有sp2和sp3雜化碳原子,并且其表面具有大量官能團,這些官能團賦予氧化石墨烯一些新的性能,分散型号、親水性、與聚合物的相互作用性等。

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

氧化石墨烯結構示意圖

制備

石墨經過氧化後分散在極性溶劑中可制得氧化石墨烯懸浮液,進而可以用于制作氧化石墨烯膜。石墨烯氧化的方法有三種:Brodie法、Staudenmaier和Hummers法。目前最常用的是Hummers法:

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

以氧化石墨烯懸浮液制備氧化石墨烯薄膜的方法很多主要分為浸塗法,溶液蒸發法、真空抽濾法等。

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

浸塗法制備GOM

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

溶液蒸發法制備GOM

氧化石墨烯膜的制備及在水處理中的應用

真空抽濾法制備GOM

應用

氧化石墨烯膜具有很大的比表面積、良好的親水性、微孔結構和大量的官能團,使其在水處理中應用廣泛。

1.重金屬的去除。去除機理是尺寸篩分、電荷效應和吸附作用。

2.脫鹽。去除機理主要是微孔擴散、電荷效應和吸附作用。

3.抗菌。機理是氧化石墨烯納米邊緣可以穿透細胞膜導緻細胞死亡,基于此氧化石墨烯膜可能兼具親水性和抗菌性的雙重抗污染性。

除以上内容外,氧化石墨烯膜在水處理領域的各個方面都具有實際或潛在的應用價值,如油水分離、染料脫色等。氧化石墨烯膜作為一種新型分離膜在水處理領域還處于研究階段,到實現工程化應用還有大量的工作要做,相信随着研究的深入,未來氧化石墨烯膜将成為解決水環境污染和水資源短缺問題的主要手段之一。

(本文系轉載,并不代表本網站觀點,如涉及版權等問題,請聯系我們以便處理)

免费观看在线污污的视频,免费视频在线观看