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《Science》子刊:单层石墨烯溶剂纳滤膜,创造最高乙醇渗透率记录
高分子科学前沿 / 时间:2021-09-14 23:54:48

新材料在线9月14日讯:在制药领域,各类有机溶剂的使用量能占到80%~90%,由此带来的溶剂蒸馏消耗了大量能源,如果能采用溶剂纳滤技术(OSN),可以节省高达90%的能量消耗。目前,制药行业OSN多采用聚合物薄膜,耐溶剂性有限。

单层石墨烯是现有材料中最薄的,如果能将其应用于OSN中,必将具有极高的渗透性和良好的选择性。但是,将化学气相沉积(CVD)在铜上的单层石墨烯无缺陷的转移到多孔载体上非常困难,传统转移方法步骤复杂,难以大规模制造。

新加坡国立大学Zhang Sui 团队以铜箔上生长的单层石墨烯为接收器,通过简便的PAN和PVDF静电纺丝技术,将单层石墨烯与纳米纤维薄膜牢固结合在一起,制备出了单层石墨烯溶剂纳滤膜。该薄膜具有优异的有机溶剂纳滤性能,乙醇渗透率达到了创纪录的156.8 L·m-2·hour-1·bar-1,对玫瑰红染料的截留率超过94.5%,表现出了更优的渗透率和选择性。

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静电纺出单层石墨烯

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图1. 静电纺丝直接转移制备单层石墨烯薄膜示意图。

研究者选择最常用的PAN和PVDF溶液进行静电纺丝,以铜箔/单层石墨烯为接收器,对得到的薄膜进行热压处理;用10 wt%过硫酸铵(APS)溶液蚀刻掉铜箔;再以间苯二胺和均苯三甲酰氯为原料,通过界面聚合将石墨烯缺陷密封;最后,利用氧等离子体在37 W和40~300秒下制备纳米孔,就得到了单层石墨烯纳米纤维薄膜。

与文献结果比较,研究者发现石墨烯纳米纤维膜的乙醇渗透率比文献结果提高了3~10倍,创造了乙醇渗透率的记录。表明单层石墨烯与多孔载体相结合,可以制造出超越选择性-渗透性博弈效应的OSN薄膜。