@ 2017.11.22 , 13:00

能过滤威士忌的石墨烯氧化物膜

过去一般认为石墨烯氧化物膜无法让除了水以外的所有溶剂透过。然而,发表在《自然—材料学》上的一项研究表明,我们可以通过制备氧化石墨烯超薄膜(ultrathin membranes),来获得其他溶剂的透过性。

该研究小组的负责人,英国国家石墨烯研究院和曼彻斯特大学化学工程与分析科学学院的Rahul Nair教授制备了这种薄膜,以让其他的溶剂通过,同时不影响它优异的筛分性能。

这种全新开发的氧化石墨烯超薄膜,是氧化石墨烯形成的毛细管结构的薄层,其中随机分布的针孔产生了一个原子尺度筛,并允许透过更大的溶剂。

这项新的研究可以让石墨烯氧化物膜的应用范围从海水淡化扩展到有机溶剂体系的纳米过滤(OSN)。不同于海水淡化的水中分离出盐,OSN技术是从有机溶剂中分离出带电或不带电的有机化合物。

作为一个例子,曼彻斯特的科学家发现,这种石墨烯氧化物膜可以对溶有小分子有机染料的甲醇溶液进行完全过滤。

能过滤威士忌的石墨烯氧化物膜
Credit: University of Manchester

Nair教授说,“只是好玩,我们甚至用这种超薄膜过滤了威士忌和干邑白兰地。该膜允许酒精透过,但滤除了较大的呈色分子。变清澈的威士忌闻起来和原来的威士忌味道相似,但我们不允许在实验室里喝它,不过这是一个有趣的星期五晚上的实验!”

新开发的膜不仅能过滤小分子,而且通过提高溶剂流速,提高了过滤的效率。

Nair教授补充道:“化学分离法都需要使用能源,各种化工分离过程消耗了约一半的工业能源。任何新的高效分离过程都将使能源消耗最小化,这是目前的重要需求。到2030年,世界将比今天多消耗60%的能源。”

领导这项实验的Su博士还说:“这种全新开发的的薄膜不仅用于过滤酒精,而且得益于其精确的筛孔大小和高过滤流量,可用于化学和制药工业中,使不同的有机溶剂中的分子分离。这种进步是特别重要的,因为大多数现有的聚合物为基础的膜在有机溶剂中是不稳定的,而新开发的石墨烯薄膜则非常稳定。

石墨烯研究院开发的石墨烯膜已经引起了水过滤和海水淡化应用的广泛关注,为水资源短缺提供了一个可能的解决方案。

通过使用超薄膜,清晰地用实验来展示其他溶剂被滤除的过程,证明了有机溶剂纳米过滤的潜力。

石墨烯,这个世界上第一个二维材料以其广泛用途被大家熟知,它既可以是疏水性,又能有亲水性,比钢更坚固,灵活而可弯曲,比人类头发细百万倍。

这项研究改变了人们对石墨烯氧化物膜的能力以及用途的看法。通过设计这些膜来过滤特定的分子或溶剂,它开辟了以前没有被探索的全新潜在用途。

本文译自 phys,由译者 Nivy 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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