浙江大学陈宝梁：AgNP@g-C3N4插层石墨烯纳滤膜，高效水净化及自清洁！

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作者：Cheng Chen通讯作者：陈宝梁通讯单位：浙江大学DOI:10.1016/j.cej.2022.136089
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氧化石墨烯(GO)作为一种极具吸引力的2D碳纳米材料，已被广泛用作纳米构建模块以制备具有层状结构的先进纳滤膜。相邻GO纳米片之间的2D亚纳米通道可以充当分子筛，允许比通道小的分子穿透，同时阻止所有较大的溶质。因此，GO基膜被认为在水净化、分子分离和脱盐方面非常有前景。然而，GO纳米片在水中的静电斥力使得GO基膜不稳定，从而严重阻碍其在实际水处理过程中的应用。

图1. rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的制备流程及微观形貌表征。
文章要点1：在本文中，作者开发出一种混合维度组装策略成功制备出新型石墨烯基薄膜，其由负载于g-C₃N₄上的Ag纳米颗粒(AgNP@g-C₃N₄)作为柱和光催化剂所插层。在g-C₃N₄上均匀负载的Ag纳米颗粒可以极大地提高g-C₃N₄的光催化性能，同时还可以在还原氧化石墨烯(rGO)和g-C₃N₄之间创建更多的水传输通道。
文章要点2：所制备出的rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜表现出高效的透水性、优异的光催化自清洁性能、良好的柔韧性与结构稳定性。得益于更大的层间距与粗糙表面，rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的透水性高达210.9 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹，远优于纯GO薄膜(78.4 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹)。
文章要点3：在可见光照射1 h后，污染物分子吸附产生的通量减少可以得到恢复，超高通量恢复率(FRR)可达98.1%。即便在横流光催化纳滤装置中，rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的高通量也能得到保持。此外，膜分离、光催化再生和污染物通过自由基的降解被认为是高效的协同机制。

图2.rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的光催化性能。

图3. rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的光催化自清洁性能。

图4. rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的器件性能与稳定性。

图5. ESR测试与rGO/AgNP@g-C₃N₄纳滤膜的自清洁机理示意图。
  参考文献  

Cheng Chen, Lei Chen, Xiaoying Zhu, Baoliang Chen.Graphene Nanofiltration Membrane Intercalated with AgNP@g-C3N4 for Efficient Water Purification and Photocatalytic Self-Cleaning Performance. Chem. Eng. J. 2022. DOI: 10.1016/j.cej.2022.136089.https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136089

信息来源：公众号【材料最TOP】

氧化石墨烯：

氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物，一般用GO表示，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后，其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼，可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。

氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质，因为其在水中具有优越的分散性，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。