清華大學氧化石墨烯分離膜的脫鹽性能及機理研究方面取得進展
時間:2016-10-7 作者:topmembranes
據清華大學材料學院網2016年8月18日訊 在氧化石墨烯（GO）層狀薄膜中，層間含氧官能團支撐起sp2納米毛細管網絡，這一獨特結構具有超快水傳輸特性及對水中不同溶質的優異選擇性，在過濾與分離領域具有應用潛力。利用GO薄膜篩除尺寸大于其層間納米毛細管臨界尺寸的溶質分子和離子，進而用于納濾和超濾已被普遍接受。然而，利用GO薄膜實現水脫鹽仍存在挑戰性，目前所報道的研究結果存在極大的爭議，阻礙了GO薄膜在實際海水淡化應用領域的進一步研究和發展。利用GO薄膜實現水脫鹽應用是一個具有前景而又存在巨大挑戰的發展方向，對于解決全球清潔淡水資源的短缺與污染問題具有重大意義，因此在推動這一新興薄膜材料面向實際海水淡化應用領域前需論證其是否具有水脫鹽能力以及如何充分開發其潛能等若干基礎問題。
近日，材料學院朱宏偉課題組通過綜合運用同位素標記法輔助同步跟蹤水分子和鹽離子跨膜擴散、壓力驅動過濾及分子動力學計算模擬，揭示了GO薄膜水脫鹽研究中所存爭議背后長期以來被忽視的原因。結果表明，GO薄膜在濃度梯度驅動擴散過程中可實現優異的水/離子選擇性，在水脫鹽應用領域具有潛力，而在壓力驅動過濾過程中GO薄膜的脫鹽率很低。實驗和理論研究證實，上述矛盾結果源于水/離子選擇性與外加壓力和GO層間納米通道長度間的強關聯作用。外加壓力削弱了受限于GO納米通道中的水–離子相互作用，進而降低了水/離子選擇度，而GO納米通道長度調控不同鹽離子間的相對選擇性并在水和離子的傳輸過程中發揮主導作用。以上研究結果為理解GO薄膜的深層次脫鹽機制奠定了基礎�？紤]到外加壓力對GO薄膜的本征較高水/離子選擇度產生的負面作用以及水分子和鹽離子在GO薄膜中的獨特傳輸機制，較厚GO薄膜在正滲透脫鹽領域的應用是未來具有潛力的發展方向。
相關成果以“Intrinsic high water/ion selectivity of graphene oxide lamellar membranes in concentration gradient-driven diffusion”為題發表在Chemical Science期刊上。該工作由清華大學材料學院、日本物質·材料研究機構（National Institute for Materials Science, NIMS）和清華大學航院合作完成，材料學院2016級博士畢業生孫鵬展為第一作者，朱宏偉教授、日本NIMS馬仁志研究員和航院徐志平教授為通訊作者。清華大學材料學院為第一單位。
近日，材料學院朱宏偉課題組通過綜合運用同位素標記法輔助同步跟蹤水分子和鹽離子跨膜擴散、壓力驅動過濾及分子動力學計算模擬，揭示了GO薄膜水脫鹽研究中所存爭議背后長期以來被忽視的原因。結果表明，GO薄膜在濃度梯度驅動擴散過程中可實現優異的水/離子選擇性，在水脫鹽應用領域具有潛力，而在壓力驅動過濾過程中GO薄膜的脫鹽率很低。實驗和理論研究證實，上述矛盾結果源于水/離子選擇性與外加壓力和GO層間納米通道長度間的強關聯作用。外加壓力削弱了受限于GO納米通道中的水–離子相互作用，進而降低了水/離子選擇度，而GO納米通道長度調控不同鹽離子間的相對選擇性并在水和離子的傳輸過程中發揮主導作用。以上研究結果為理解GO薄膜的深層次脫鹽機制奠定了基礎�？紤]到外加壓力對GO薄膜的本征較高水/離子選擇度產生的負面作用以及水分子和鹽離子在GO薄膜中的獨特傳輸機制，較厚GO薄膜在正滲透脫鹽領域的應用是未來具有潛力的發展方向。
相關成果以“Intrinsic high water/ion selectivity of graphene oxide lamellar membranes in concentration gradient-driven diffusion”為題發表在Chemical Science期刊上。該工作由清華大學材料學院、日本物質·材料研究機構（National Institute for Materials Science, NIMS）和清華大學航院合作完成，材料學院2016級博士畢業生孫鵬展為第一作者，朱宏偉教授、日本NIMS馬仁志研究員和航院徐志平教授為通訊作者。清華大學材料學院為第一單位。