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北京理工大學Kening Sun課題組--二維MXene結合的氧化石墨烯復合膜具有增強的凈水性能
        氧化石墨烯(GO)膜在水性應用(例如水處理)中的不穩定性和低滲透性的局限性代表了其廣泛應用的重大障礙。在本文中,我們描述了一種基于GO和MXene的新型復合膜的開發和測試。GO/MXene膜的獨特異質結構在底物排斥和滲透性方面表現出協同效應,其隨GO和MXene的相對比例而變化。由于其有利的二維(2D)層間通道和親水性,在相同的實驗條件下,與參考GO膜(6.5 L m-2 h-1.bar-1)進行比較,GO/MXene質量比為1/4的復合膜(約550 nm)表現出更大的水通量(71.9 L m-2 h-1.bar-1)。而且,復合膜在水中超過一個月顯示出優異的穩定性。發現常見的小分子有機染料(NR、MB、CV、BB)的排斥率超過99.5%,并且在原水中的兩種代表性類型的天然有機物(HA和BSA)具有相似的優異去除效率。與參比GO膜相比,GO/MXene復合膜的水通量更高,這主要歸因于膜的層間間距適度增加和含氧官能團的減少。
  
Figure 1. (a)GO/MXene復合膜的制造工藝示意圖。GO和MXene納米片的特性:(b)GO和(c)MXene的XRD光譜圖,插圖為相應的拉曼光譜;(d)GO和(e)MXene的AFM分析
 

Figure 2. (a)質量比為1/1的GO/MXene復合膜的橫截面SEM圖像;(b)GO的表面、(c)GO/MXene的表面和(d)MXene膜的SEM圖像(比例尺,1μm)

 

Figure 3. GO/MXene復合膜的理化特性:(a)水接觸角的變化;(b)隨著MXene含量的增加,GO/MXene膜的紅外光譜;隨著MXene含量的增加,GO/MXene膜在干態(c)和濕態(d)的XRD分析。
 
  
Figure 4. GO/MXene復合膜的過濾性能:(a)通量隨GO/MXene比的變化,插圖:通量隨壓力梯度(ΔP)的變化;(b)幾種染料(CG、NR、MB、CV、BB)的底物截留率隨GO/MXene比的變化,插圖:以質量比過濾通過復合膜過濾之前(頂部)和之后溶解在水中染料的照片1/4(中)和純MXene膜(底部)。
 
      相關研究成果于2020年由北京理工大學Kening Sun課題組,發表在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《石墨烯雜志》公眾號:

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