天津大学Zhongyi Jiang和Fusheng Pan课题组--异质结构氧化石墨烯膜具有可调节的水捕获层:助力高选择性水渗透

氧化石墨烯(GO)层状膜具有快速的水输运纳米通道,在选择性分离水分子方面具有广阔的前景,但膜表面的水捕获能力限制了分离性能。这里,通过自下而上的方法,使用结构可调的单宁酸(TA)纳米聚集体作为构建模块,在GO层状膜上功能化了水捕获层,获得了异质结构GO膜应用于酒精脱水。TA层表面的富氧官能团可从乙醇水溶液中捕获水,其表面水捕获能力增强至309%。通过调节TA纳米聚集体的聚集结构和组装过程,可以控制其表面水捕获能力。结合增强的表面水捕获能力和GO的快速水输运纳米通道,对于正丁醇脱水时,最优的异质结构GO膜表现出高的渗透通量达9988 g m-2 h-1,较高的分离因子达4424。

Figure 1.(a)TA–GO/PTFE膜的制造和结构示意图。(b)TA5涂层-GO/PTFE和原始的GO/PTFE膜的表面AFM图像。(c)高度情况。(d)TA5-GO/PTFE膜的高分辨率横截面TEM图像。(e)TA5涂层的高分辨率横截面TEM图像。

Figure 2.(a)TA5-GO/PTFE膜的横截面SEM图像。(b-c)元素分布。(d)TA–GO膜,GO膜和TA粉的FTIR光谱。(e)GO,TA5-GOTA7-GO和TA9-GO膜的拉曼光谱。(f)TA-GO,GO和TA水溶液的紫外-可见光谱。

Figure 3.(a)GO/PTFE(b)TA5-GO/PTFE,(c)TA7-GO/PTFE和(d)TA9–GO/PTFE膜的AFM图像,示意图和SEM图像。(e)XPS光谱和(f)高分辨率C 1s XPS光谱。

Figure 4.(a)不同膜的水接触角和表面zeta电位。(b)不同膜的分子捕获能力。(c)不同膜在不同的溶剂中的层间距。(d)单组分溶剂渗透通量比较。

该研究工作由天津大学Zhongyi Jiang和Fusheng Pan课题组于2021年发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。原文:Heterostructured graphene oxide membranes with tunable water-capture coatings for highly selective water permeation。

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