氧化石墨烯 (Graphene Oxide, GO) 是具有丰富含氧官能团、高比表面积的二维材料，其一直都是光催化、传感器和水领域的重要基础。近年来，多功能氧化石墨烯结构设计、修饰相关的研究也取得了一系列的进展，在染料废水处理中展现出优异的性能与广阔的应用前景。来自宁波大学物理科学与技术学院的微纳系统表面物理团队在 Inorganics 发表了研究文章，介绍了采用氨基水热法制备了还原性氧化石墨烯 (AH-rGO) 膜，并首次应用于混合染料分离。这些膜可以选择性地回收高价值染料，同时解决传统膜材料在处理混合染料废水时往往相互矛盾的渗透性和选择性平衡的技术挑战。
研究内容
在这项报告中，团队通过氨基水热还原法将GO部分还原，赋予AH-rGO膜的受控部分还原具有独特的双区域结构：功能化氧化区和原始石墨烯区。功能化氧化区具有亲水性含氧官能团，充当纳米级间隔片，预先控制层间间距，促进层间水分子的插入。原始区域具有完整的sp2杂化共轭结构，形成超低阻力的水分子转运通道。这种“纳米级间隔片低阻通道”协同机制，为水分子的高效渗透提供了双重保障。层距的减小建立了尺寸筛分效应，可以有效实现混合染料分子的尺寸选择性分离。
为系统评价AH-rGO膜的染料分离性能，我们选定了四种典型染料的混合组合 (甲基橙 (MO)、亚甲蓝 (MB)、罗丹明B (RB)、维多利亚蓝B (VBB)) 从RB/VBB混合物中分离VBB的测试，从MO/MB混合物中分离MB，从MO/VBB混合物中分离VBB以及从RB/MB混合物中分离MB。如图1a膜制备和染料过滤工艺示意图。如图2四组二元混合染料的紫外-可见光谱。如图1c四种二元混合染料 (均为50 mg/L) 的AH-rGO膜的透水率和分离因子。如图1d不同分离膜在染料混合物的透水性和分离系数方面的比较。
图1. 混合染料分离过程及其分离性能
为了进一步评价AH-rGO膜的性能，选取在MO/VBB混合染料体系分离性能最好的作为代表案例，分析溶液浓度比、膜厚度和长期稳定性对其筛分性能的影响。
如图2a所示，在不同染料浓度比 (1:1、1:2和2:1) 下，透水性和分离效率均表现出优异的稳定性。
随后通过调整AH-rGO分散体的浓度和体积，制备具有受控厚度 (250、500和750 nm) 的AH-rGO膜 (图2b)。
图2. 不同条件下的混合染料分离性能
如图3进一步评估500 nm厚的AH-rGO膜在透水性和筛分性能方面的长期稳定性，在真空过滤下对MO/VBB混合染料进行60 h的连续过滤，每12 h记录一次水通量和分离系数。
图3. AH-rGO膜的长期稳定性
总结
综上，本研究证实了氨基水热法制备的AH-rGO膜在混合染料分离中的应用潜力。该膜可高效回收高价值染料，且兼具超高渗透性与优异筛选性能，能弥补传统膜短板，为废水染料分离技术发展提供助力。
阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3414588
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/inorganics
Inorganics 期刊介绍
主编：Duncan H. Gregory, University of Glasgow, UK
期刊范围涵盖固体无机化学、配位化学、生物无机化学、有机金属化学、无机材料化学、理论无机化学、超分子化学和应用无机化学等，着重报道新的和已知无机化合物的合成、热力学、动力学性质、谱学、结构和成键等性能。
2024 Impact Factor：3.0
2024 CiteScore：4.1
Time to First Decision：16.6 Days
Acceptance to Publication：2.5 Days
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