碳納米材料的堅(jiān)固性及其超高滲透性在分離過(guò)程中引起了極大的研究興趣。然而，氧化石墨烯薄膜（GOms）的微觀結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定性會(huì)使其在錯(cuò)流和施加液壓的條件下失效，使用壽命有限。這里，呈現(xiàn)了一種高度穩(wěn)定的和超滲透性的沸石咪唑鹽骨架-8（ZIF-8）-納米晶體雜化的GOm（GO/ZIF-8），先采用冰模板法，隨后在納米片邊緣原位生長(zhǎng)ZIF-8晶體制備得到納濾復(fù)合膜。 ZIF-8在微孔缺陷中的選擇性生長(zhǎng)，使其層間間距變大，同時(shí)還賦予了層狀框架的機(jī)械完整性，從而產(chǎn)生了穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)，能夠在180 h內(nèi)保持60 l m-2h-1 bar-1的透水性（比GOm高30倍)。此外，通過(guò)ZIF-8生長(zhǎng)緩解微孔缺陷可將甲基藍(lán)分子的選擇性滲透提高六倍。采用低場(chǎng)核磁共振表征了該納濾復(fù)合膜的多孔結(jié)構(gòu)，并確認(rèn)ZIF-8的特定生長(zhǎng)。這種調(diào)節(jié)膜微結(jié)構(gòu)的技術(shù)為開(kāi)發(fā)下一代納濾膜提供了重要的指導(dǎo)意義。
Figure 1. ZIF-8@f-Gom的制備和表征。a，ZIF-8@f-GOm制備示意圖。b–d，SEM橫截面。e，不同樣品的XRD圖。f，放大的SEM圖（左）和對(duì)應(yīng)于不同深度時(shí)的Zn 元素的高分辨率XPS光譜。G不同樣品的電子衍射圖。
Figure 2. GO基膜的孔結(jié)構(gòu)和ZIF-8生長(zhǎng)機(jī)理。a-b，Brunauer–Emmett–Teller吸附等溫線，c，CO2分子探測(cè)到的孔徑分布。d，1H時(shí)域核磁共振光譜。e，精確控制ZIF-8納米顆粒在GO納米通道邊緣生長(zhǎng)位置的策略示意圖。
Figure 3. 錯(cuò)流條件下GO基膜的納濾性能。a-b，GO基膜滲透性的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。c，水滲透性和MB阻隔。d，MB阻隔率和水滲透性與文獻(xiàn)進(jìn)行比較。e，水流量與工作壓力之間的關(guān)系。
Figure 4. ZIF-8@f-Gom分離機(jī)制示意圖。a，1H時(shí)域核磁共振譜圖。b，ZIF-8@f-GOm分離機(jī)理示意圖和跨膜的水傳輸過(guò)程。c，GOm，f-GOm和ZIF-8@f-GOm表面的動(dòng)態(tài)水接觸角。d，GO基膜表面電荷的近似值。e，中性電荷有機(jī)分子的分離過(guò)程。
該研究工作由北京工業(yè)大學(xué)安全福教授與美國(guó)耶魯大學(xué)Menachem Elimelech?等人，于2020年發(fā)表在Nat. Nanotechnol.期刊上。原文：Graphene oxide membranes with stable porous structure for ultrafast water transport。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號(hào)
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