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石墨烯基复合膜材料结构设计与功能化改性研究获进展
江南石墨烯研究院 / 时间:2018-02-09 09:04:42

  据高分子科学前沿微信公众平台2018年1月27日讯 北京化工大学材料科学与工程学院潘凯研究员科研团队一直致力于微纳复合材料的结构设计与功能化,尤其在石墨烯基复合膜材料的结构设计与功能化改性应用方面做了一系列工作。2015年课题组设计并制备了一种高性能氧化石墨烯/聚丙烯腈复合渗透汽化膜,应用于海水淡化。(Liang B, Zhan W, Qi G, et al. High performance graphene oxide/polyacrylonitrile composite pervaporation membranes for desalination applications[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3(9):5140-5147.)2016年,课题组通过氧化石墨烯表面改性与结构设计,制备了一种新型的MgSi@RGO/PAN纳米纤维复合滤膜,可高效分离水中大分子溶质。(Liang B, Zhang P, Wang J, et al. Membranes with Selective Laminar Nanochannels of Modified Reduced Graphene Oxide for Water Purification[J]. Carbon, 2016, 103:94-100.)同年,课题组通过调控氧化石墨烯的片层间距,制备了GO@PAN纳米纤维复合纳滤膜,将膜分离的研究进程再次向前推进。(Wang J, Zhang P, Liang B, et al. Graphene Oxide as an Effective Barrier on a Porous Nanofibrous Membrane for Water Treatment[J]. ACS applied materials & interfaces, 2016, 8(9):6211.)
  2017年,课题组推陈出新,打破做滤膜的传统思路,用石墨烯作为载体负载具有光催化活性的氧化铁纳米颗粒,并结合之前做滤膜的技术优势,制备了一种新型的α-Fe2O3@rGO/PAN纳米纤维复合膜,用于光催化降解有机染料。(Sun K, Wang L, Wu C, Deng J, Pan K. Fabrication of α-α-Fe2O3@rGO/PAN Nanofiber Composite Membrane for Photocatalytic Degradation of Organic Dyes. Advanced Materials Interfaces. 2017;4(24):1700845.)


石墨烯基复合膜材料结构设计与功能化改性研究获进展


  α-Fe2O3在GO上的原位生长,既克服了α-Fe2O3纳米粒子容易团聚的缺陷,同时增加了比表面积,有利于提高光催化性能。PAN纳米纤维膜具有孔隙率高、无死端孔的优点,通过真空抽滤的方法将复合片堆叠在PAN纳米纤维膜上,既不妨碍有机染料的扩散,又可使光催化材料成膜化,易于回收重复利用,减少二次污染。除此之外, PAN密度低,复合膜可悬浮于染料液面,既与染料溶液充分接触,又可充分吸收光能。


石墨烯基复合膜材料结构设计与功能化改性研究获进展


  实验结果显示复合膜对多种有机染料展现出优异的光降解性能,其中对次甲基蓝降解效率最高,钨灯光照半个小时可达98%降解率。且多次重复使用的复合膜仍能保持很高的降解效率,且保持完整的形貌。更值得一提的是,复合膜在太阳光下仍保持很高的光催化降解效率。20mg/L的次甲基蓝溶液在太阳光下催化降解2h后可达到89.2%的降解率,可见其在工业染料废水处理中的应用前景。


石墨烯基复合膜材料结构设计与功能化改性研究获进展


  目前该工作已发表在Advanced Materials Interfaces并作为后封面刊登(December 22, 2017 Volume 4, Issue 24)。