鋰對于二維層狀氧化石墨烯(GO)膜，調(diào)節(jié)層間距離和增強(qiáng)表面親水性是實現(xiàn)溶劑脫水高選擇性和滲透通量的兩種有效策略。本文設(shè)計了Fe
3+-植酸(PA)配合物作為插層劑和表面改性劑制備親水性氧化石墨烯膜。在90 wt%正丁醇/水混合物中，F(xiàn)e
3+-PA配合物通過非共價相互作用與氧化石墨烯納米片中的含氧官能團(tuán)相互作用，將層間距離固定在0.61 nm。此外，F(xiàn)e
3+-PA配合物增強(qiáng)了氧化石墨烯膜的表面親水性，提高了膜的吸水能力，促進(jìn)了水的快速轉(zhuǎn)運(yùn)。研究了正丁醇滲透汽化脫水性能隨Fe
3+-PA絡(luò)合物含量和進(jìn)料溫度的變化規(guī)律。對正丁醇/水混合物，PA添加量為50 wt%的GOPA- Fe
3+/PTFE膜在80℃下的分離系數(shù)為1059，滲透通量為10.57 kg/(m
2 h)。本研究為利用多功能金屬配合物制備二維層狀分離膜提供了一條新途徑。
圖1 (a) GO-PA
50%/PTFE， (b) GO-PA
10%-Fe
3+/PTFE， (c) GO-PA
50%-Fe
3+/PTFE和(d) GO-PA
100%-Fe
3+/PTFE薄膜的SEM表面圖像;(e) GO-PA
50%/PTFE， (f) GO-PA
10%-Fe
3+/PTFE， (g) GO-PA
50%- Fe
3+/PTFE和(h) GO-PA
100%-Fe
3+/PTFE薄膜的SEM截面圖。
圖2 GO/PTFE、GO-PA
50%/PTFE和GO-PA
50%-Fe
3+/PTFE膜的AFM表面圖像(a)、(b)和(c)， 3D表面圖像(d)、(e)和(f)。
圖3 PA、Fe3+-PA配合物、GO、GO-PA
50%和GO-PA
50%-Fe
3+膜
圖4. GO、GO- PA
50%、GO-PA
50%-Fe
3+、GO-Pa
10%-Fe
3+和GO-Pa
100%-Fe
3+膜在(a)干燥和(b)潮濕狀態(tài)下的XRD譜圖。
圖5 (a) GO/PTFE、GO-PA
50%/PTFE和GO-PA
50%-Fe
3+/PTFE膜的靜態(tài)水接觸角;(b) GO-PA
x-Fe
3+/的動態(tài)水接觸角聚四氟乙烯膜
圖6 GO/PTFE、GO-PA
50%/PTFE、GO-Fe
3+/PTFE和GO-PA
50%-Fe
3+/PTFE膜
圖7 PA含量對GO-PA
xFe
3+/聚四氟乙烯膜-正丁醇脫水性能的影響。
圖8進(jìn)料溫度對:(a)總通量和分離因子，(b)正丁醇和水通量，(c)正丁醇和水的阿倫尼烏斯圖，(d) Go - PA50 - Fe
3+/PTFE膜對90 wt%正丁醇水溶液的滲透性和選擇性的影響。
圖9 與文獻(xiàn)中正丁醇脫水性能比較。
相關(guān)科研成果由天津大學(xué)Fusheng Pan和Zhongyi Jiang等人于2021年發(fā)表在Journal of Membrane Science（https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119736）上。原文：Graphene oxide membranes tuned by metal-phytic acid coordination complex for butanol dehydration。
轉(zhuǎn)自《石墨烯雜志》公眾號
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