官能化氧化石墨研发

利用化学交联和物理手段调控氧化石墨烯基膜片上的褶皱和片层间的距离是制备石墨烯基纳滤膜的主要手段。由于氧化石墨烯片层间隙距离小，Jin等24利用真空过滤法在石墨烯片层间加入单壁碳纳米管（SWCNT），氧化石墨烯片层间的距离明显增加，水通量可达到6600-7200L/（m2.h.MPa），大约是传统纳滤膜水通量的100倍，对于染料的截留率达到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽滤GO分散液制备微米级厚度层状GO薄膜的渗透作用。通过一系列实验表明，GO膜在干燥状态下是真空压实的，但作为分子筛浸入水中后，能够阻挡所有水合半径大于0.45nm的离子，半径小于0.45nm的离子渗透速率比自由扩散高出数千倍，且这种行为是由纳米毛细管网络引起的。异常快速渗透归因于毛细管样高压作用于石墨烯毛细管内部的离子。GO薄膜的这一特性在膜分离领域具有非常重要的应用价值。氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质量之比不定的碳、氢、氧元素构成的化合物。官能化氧化石墨研发

GO膜在水处理中的分离机理尚存在诸多争议。一种观点认为通过尺寸筛分以及带电的目标分离物与纳米孔之间的静电排斥机理实现分离，如图8.3所示。氧化石墨烯膜的分离通道主要由两部分构成：1）氧化石墨烯分离膜中不规则褶皱结构形成的半圆柱孔道；2）氧化石墨烯分离膜片层之间的空隙。除此之外，由氧化石墨烯结构缺陷引起的纳米孔道对于水分子的传输提供了额外的通道19-22。Mi等23研究认为干态下通过真空过滤制备的氧化石墨烯片层间隙的距离约为0.3nm。制备氧化石墨类型氧化石墨烯的表面官能团与水中的金属离子反应形成复杂的络合物。

使得*在单层中排列的水蒸气可以渗透通过纳米通道。通过在GO纳米片之间夹入适当尺寸的间隔物来调节GO间距，可以制造广谱的GO膜，每个膜能够精确地分离特定尺寸范围内的目标离子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片层间隙的距离增大到1.3nm，真正有效、可自由通过的孔道尺寸为0.9nm，计算出水合半径小于0.45nm的物质可以通过氧化石墨烯膜片，而水合半径大于0.45nm的物质被截留，如图8.4所示。例如，脱盐要求GO的层间距小于0.7nm，以从水中筛分水合Na+（水合半径为0.36nm）。通过部分还原GO以减小水合官能团的尺寸或通过将堆叠的GO纳米片与小尺寸分子共价键合以克服水合力，可以获得这种小间距。与此相反，如果要扩大GO的层间距至1~2nm，可在GO纳米片之间插入刚性较大的化学基团或聚合物链（例如聚电解质），从而使GO膜成为水净化、废水回收、制药和燃料分离等应用的理想选择。如果使用更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维作为插层物，可以制备出间距超过2nm的GO膜，以用于生物医学应用（例如人工肾和透析），这些应用需要大面积预分离生物分子和小废物分子。

氧化石墨烯表面的-OH和-COOH等官能团含有孤对电子，可作为配位体与具有空的价电子轨道的金属离子发生络合反应，生成不溶于水的络合物，从而有效去除溶液中的金属离子。Madadrang等45制得乙二胺四乙酸/氧化石墨烯复合材料（EDTA-GO），通过研究发现其对金属离子的吸附机制主要为络合反应，即氧化石墨烯的表面官能团与水中的金属离子反应形成复杂的络合物，具体过程如图8.7所示，由于形成的络合物不溶于水，可通过沉淀等作用分离去除水中的金属离子。在用氧化还原法将石墨剥离为石墨烯的工业化生产过程中，得到的石墨烯微片富含多种含氧官能团。

工业化和城市化导致天然地表水体中的有毒化学品排放，其中包括酚类、油污、***、农药和腐植酸等有机物，这些污染物在制药，石化，染料，农药等行业的废水中***检测到。许多研究集中在从水溶液中有效去除这些有毒污染物，如光催化，吸附和电解54-57。在这些方法中，由于吸附技术低成本，高效率和易于操作，远远优于其他技术。与传统的膜材料不同，GO作为碳质材料与有机分子的相互作用机理差异很大。新的界面作用可在GO膜内引入独特的传输机制，导致更有效地从水中去除有机污染物。石墨烯和GO对有机物的吸附机理的研究表明，疏水作用、π-π键交互作用、氢键、共价键和静电相互作用会影响石墨烯和GO对有机物的吸附能力。减少面内难以修复的孔洞，从而提升还原石墨烯的本征导电性。常规氧化石墨生产

松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似石墨烯结构的单原子厚度的片段。官能化氧化石墨研发

氧化石墨烯基纳滤膜水通量远远大于传统的纳滤膜，但是氧化石墨烯纳滤膜对盐离子的截留率还有待提高。Gao等26利用过滤法在氧化石墨烯片层中间混合加入多壁碳纳米管（MWCNTs），复合膜的通量达到113L/（m2.h.MPa），对于盐离子截留率提高，对于Na2SO4截留率可达到83.5%。Sun等27提出了一种全新的、精确可控的基于GO的复合渗透膜的设计思路，通过将单层二氧化钛（TO）纳米片嵌入具有温和紫外（UV）光照还原的氧化石墨烯（GO）层压材料中，所制备的RGO/TO杂化膜表现出优异的水脱盐性能。官能化氧化石墨研发