氧化石墨烯改性分离膜的研究及应用

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1、氧化石墨烯改性分离膜的研究及应用　　摘要：近年来，石墨烯以及氧化石墨烯材料由于出色的性能在分离膜领域引起广泛关注。本文简述了石墨烯以及氧化石墨烯的制备方法，并以纳滤膜、微滤膜、反渗透膜、正渗透膜以及渗透汽化膜为例，重点讨论了氧化石墨烯改性分离膜在脱盐膜方面的研究进展，最后分析了氧化石墨烯改性分离膜目前的应用情况，并对氧化石墨烯改性分离膜在脱盐膜的应用前景进行了展望。　　关键词：氧化石墨烯；脱盐；超滤；膜分离；水处理　　中图分类号：O613.71；TQ051.893文献标志码：A　　GrapheneOxide-modifiedSeparat

2、ionMembranes：ResearchandApplication　　Abstract：Grapheneandgrapheneoxide（GO）haveattractedmuchattentioninthefieldofseparationmembraneduetotheiruniqueproperties.Inthispaper，thepreparationmethodsforgrapheneandgrapheneoxideweresummerizedf.Particularemphasisisplacedonrecentresea

3、rchofGO-modifiedseparationmembranefordesalination.ThecurrentstatusoftheGO-modifiedseparationmembranewasanalyzedandtheprospectsofusingGO-modifiedseparationmembraneintheareaofdesalinationarediscussed.　　Keywords：grapheneoxide；desalination；ultra17filtration；membraneseparation

4、；watertreatment　　1膜分离技术与分离膜简介　　为了应对日益严重的水资源短缺、水质下降等问题，开发绿色、环保的水处理技术成为人类面临的重大课题。膜分离技术凭借其独特优势，产生了巨大的经济效益和社会效益，成为缓解水资源危机最具有潜力的技术之一。膜分离技术的关键在于制备出高通量、高选择性、高抗污染性及稳定性的分离膜材料。根据成膜材料不同，膜可分为有机膜、无机膜和有机-无机杂化膜三大类。其中，有机膜也称为聚合物膜，是由聚合物材料制得的具有分离流体混合物功能的薄膜，通常包括醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、含氟聚合物等成膜材料。聚合

5、物膜具有制备成本低、装填密度大、占地面积小等优势。然而，随着聚合物膜在水处理领域中的应用越来越广泛，人们对聚合物膜的性能如渗透性、选择性、抗污染性、化学及热稳定性也提出了更高的要求，传统的膜材料越来越难以满足实际应用的需求。　　选择性和渗透性是衡量膜性能的两个最关键指标，但选择性与渗透性之间存在“上限平衡效应（trade-offeffect）”，即通常膜的选择性越高，则其渗透性就越低。为了克服这一缺陷，提高膜的分离效率，利用无机粒子来改性聚合物膜成为近年来的研究热点。为了探索和开发新的性能更佳的膜，人们结合有机材料和无机材料的优点，制备了

6、有机-无机杂化膜，得到了单一膜材料所不具备的综合性能，可满足特定应用领域的需求。17　　随着碳纳米材料技术的快速发展与普及，聚合物混合碳纳米粒子杂化膜也成为高性能膜开发的主要方向。碳纳米粒子不仅可增强膜的亲水性，且可改变膜孔结构和密度，从而同时提升膜通量和抗污染性能。碳纳米材料-聚合物杂化膜已成为聚合物膜开发领域的热点。　　2石墨烯及氧化石墨烯在膜分离材料中的应用　　2.1石墨烯材料的制备方法　　作为碳纳米材料的一员，石墨烯及其衍生物近几年来受到了极大的关注。石墨烯物理化学性质独特，具有高比表面积、良好的导热性和高速的电子迁移率，是制备电

7、极材料、传感器等的理想材料。石墨烯材料普及的前提是能大规模制备出结构规整、尺寸可控的石墨烯原材料。目前制备方法包括剥离石墨法、直接生长法与碳纳米管切割法。现阶段最成熟的石墨烯制备方法是剥离石墨法中的氧化-剥离-还原法。该方法原料易得，产率高，操作工艺相对其他方法较简单。　　石墨烯的衍生物之一，氧化石墨烯（GrapheneOxide，简称GO）的结构与石墨烯大体相同，只是在一层碳原子构成的二维空间无限延伸的基面上连接有大量含氧基团，是化学氧化法制备单层石墨烯的中间体，通常由石墨烯经化学氧化、超声制备获得（图1），即用强氧化剂对石墨进行氧化，

8、从而使石墨片层间距变大得到氧化石墨烯。除化学法以外，制备氧化石墨烯的方法还包括机械剥离法和热膨胀剥离。由于GO表面含有大量的含氧官能团（―OH、―COOH、―O―、C=O），功能基团的介入虽然