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溶剂化调控还原氧化石墨烯层间距用作高效染料分离
2018年12月07日    阅读量:913    新闻来源:石墨烯联盟  |  投稿

在印染工业中,盐的加入是提高纺织品对染料吸收的重要手段,因此从水性染料废液中高效分离盐和染料对于提高染料回收利用效率是非常重要的。纳滤膜和超滤膜在印染工业废水的处理中有广泛的应用,但是传统的基于聚酰胺的纳滤膜对于盐离子具有较高的截留效率,超滤膜对染料分子的截留效率又不甚理想。研究和开发具有高的水通量、对染料有接近于100%截留率而对于盐离子的截留率接近于0的新型膜在该领域中是非常有意义的涂料在线coatingol.com


具有二维纳米传输通道的氧化石墨烯(GO)基膜在染料分离领域逐渐引起大家的研究兴趣。为了提高GO膜在水中的稳定性,减少膜在工作过程中的溶胀效应,GO膜通常被还原成rGO膜,其相比于GO膜而言具有更小的层间距,相应的其水通量会下降而脱盐率会提高。研究表明,若是将GO膜还原后,将其一直保持在溶剂化的状态,即S-rGO膜,其可以维持较大的层间距,但是S-rGO膜对于染料和盐水的分离效果并未见有研究报道。


近日,University at Buffalo的相关研究人员发现S-rGO膜的层间距可以调控在水合离子和染料分子的尺寸之间,实现对于印染废水的高效分离,膜对染料DR80的截留率在99%以上,同时对于盐Na2SO4和NaCl几乎没有截留。和大多数报道的关于减小GO膜层间距以实现提高脱盐的目的的报道不同,本工作中的S-rGO膜在印染工业废水的处理中具有潜在的应用


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如图1所示,S-rGO膜是以尼龙微滤膜为衬底通过真空抽滤制备的,从SEM看膜表面均匀,厚度约50nm,从S-rGO膜、D-rGO膜以及D-rGO膜重新浸泡之后的膜XRD图谱可以看出,S-rGO膜在2θ= 5-16°之间没有峰,说明其层间距大于1.8 nm,D-rGO膜的层间距为0.66nm,相比于S-rGO膜而言,具有非常明显的减小,膜经过浸泡之后层间距扩大至0.98nm,但是相比于S-rGO膜而言层间距依然减小,说明S-rGO膜在干燥的过程中层间距发生了不可逆的减小。


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图2(a)可以看出S-rGO膜的水通量随压力基本呈现线性变化,其水通量相比于D-rGO膜以及PES2K明显高很多,说明使rGO膜一直维持在溶剂化的状态使保持其具有大层间距、提高通量的有效手段。图2(b)中可以看出S-rGO膜对于几种典型的染料均具有较高的截留效率。以DR80作为代表,作者研究了染料浓度对于膜的截留率和通量的影响,发现随着染料浓度的提高,膜的通量略有下降,主要是因为膜的污染。相比于PES2K而言,S-rGO膜具有明显的通量优势,同时其对盐基本没有截留率,这是非常理想的。


该工作发表在Environ.Sci. Technol.上,链接: DOI: 10.1021/acs.est.8b03661

图1. (a) 溶剂化S-rGO膜的结构以及其对盐和染料分离的示意图;尼龙微滤膜(b)以及S-rGO膜(c)的表面SEM图;(d)S-rGO膜、D-rGO膜以及D-rGO膜重新浸泡之后的膜XRD图谱对比

图2. (a) S-rGO膜、D-rGO膜以及PES2K在不同压力下的水通量对比;(b)S-rGO膜对于不同染料的截留效率,插图为原溶液和滤液对比;S-rGO膜和PES2K对不同浓度的DR80染料(c)和Na2SO4(d)的截留率和通量对比


标签:化工百科今日头条化工应用技术中心染料及颜料
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