膜分離技術效率高、能耗低,在水處理和氣體分離等領域有重要應用。二維膜是一類新興的分離膜,由高橫縱比的二維納米片組裝而成,成膜容易、力學性能好、結構可設計、可調控;在實驗室范圍內(nèi)實現(xiàn)了有機溶劑脫水、納濾、離子截留、氣體篩分等領域的高效分離,有望突破傳統(tǒng)分離膜的性能上限;但目前對二維膜的研究仍處于初期階段。如何對二維膜進行精密構筑和結構調控,以優(yōu)化其分離性能,使之針對不同的分離體系、在各分離尺度達到理想的分離效果仍具挑戰(zhàn)。面對如何提高二維膜的滲透性、選擇性和穩(wěn)定性這三項性能評價指標,本文綜述了系列二維膜的精密構筑和結構調控方法,包括離子交聯(lián)、客體材料插層、表面改性等,分別從二維膜的層間距調控、二維納米片相互作用關系的調節(jié)、二維膜的通道有序性等方面設計與構筑二維膜的分離通道,以實現(xiàn)二維膜分離性能的全面提升。 

【文章來源】：化工進展. 2020,39(12)北大核心

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

二維膜層間通道的傳質路線

圖2 二維膜層間通道的傳質路線氣體傳質路徑由A通道（層間通道和片層間形成的褶皺）和B通道（納米片面內(nèi)孔，GO納米片氧化過程中會產(chǎn)生一些面內(nèi)缺陷孔）組成。式中，h為膜厚度；ε和τ分別是A/B通道的孔隙率和曲折度，分別由納米片孔隙率、片層的橫縱比決定；D和K為A/B通道中的氣體擴散系數(shù)和吸附平衡常數(shù)，受氣體的理化性質、通道孔徑參數(shù)和膜材料影響。因此對膜來說，氣體滲透通量主要由片層的表面性質（影響吸附/溶解性）、層間和面內(nèi)通道的孔隙率和路徑曲折率（影響擴散率）以及A/B路徑的缺陷密度等決定。

如圖5所示，高超教授團隊[42]利用碳納米管制備了插層的還原GO膜（碳納米管和還原的GO納米片的質量比為2∶1），在兩者GO納米片含量相同的情況下，水通量相較于未插層的膜提高了一倍，并保持了對染料和離子的較好截留效果，對含量為0.05g/L的甲基橙溶液中的染料分子截留率達到96%，對0.01mol/L的Na2SO4溶液的離子截留率達81.0%。徐銅文教授團隊[43]用2,6-二甲基對聚苯氧（SPPO）插層g-C3N4膜，約226nm厚的原始g-C3N4膜的水通量為60L/(h·m2·bar)(1bar=105Pa），而插層后約350nm厚的SPPO/g-C3N4的水通量高達8867L/(h·m2·bar)，且對亞甲基藍的截留率接近100%。本文作者團隊[44]制備了用聚丙烯酸（PAA）插層的g-C3N4膜，增大了層間距并形成了更寬廣的納米通道，同時在PAA的親水性基團作用下，摻雜約10%PAA的490nm厚的g-C3N4膜的水通量為117L/(h·m2)，而原始405nm厚的g-C3N4膜的水通量僅為47.5L/(h·m2)，且插層后的二維膜對伊文思藍（濃度為10mg/L）的截留率僅從85%略微降低到83%（供料側壓力為1bar，滲透側抽真空，測試壓差為1bar）。圖5 碳納米管插層GO膜示意[42]

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2976028