• 咪唑-脲基分子改性氧化石墨烯构筑仿生膜
  

• 仿生膜应用于渗透汽化进行有机溶剂脱水

• 仿生膜用于正丁醇脱水时具有较高的分离性能和稳定性

【文章简介】

针对氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）膜层间水传质速率较低的问题，受天然水通道蛋白（Aquaporin, AQP）中快速、高选择水传输的启发，南京工业大学金万勤教授团队提出在GO膜层间引入人造水通道分子单体：咪唑-脲基（Imidazole-Ureido, IU）分子，制备一种新型的IU-GO仿生膜，实现GO膜层间的水快速传输（图1）。IU分子两端亲水的特征，使其与GO片层存在较强的氢键、化学键等相互作用以产生稳定的亚纳米膜结构 （层间孔道尺寸约为0.53 nm），同时IU分子中间疏水长链的存在降低了水分子在GO膜层间的传质阻力，从而实现GO膜层间快速水传质通道的构筑。

图1.  IU-GO膜层间快速水传质通道示意图

研究发现，通过对GO膜层间通道的理性设计，引入人造水通道分子单体，提出的IU-GO仿生膜在有机溶剂脱水过程中，具有较高的通量和优异的选择性。在分离丁醇-水混合物时（进料条件：343 K, 80 wt%正丁醇），总通量为3506 g·m^-2·h^-1，分离因子为4454，高于目前报道的大多数渗透汽化膜和商品化膜（图2），且该膜在120小时连续测试中，展现出良好的稳定性，表明IU-GO仿生膜在溶剂脱水方面具有较大应用潜力。

图2. 文献报道的渗透汽化丁醇脱水膜的分离性能对比图

原文信息：

第一作者：

博士生：茆羊羊 

通讯作者：

刘公平  教授
E-mail: gpliu@njtech.edu.cn

金万勤  教授

E-mail: wqjin@njtech.edu.cn

南京工业大学

https://wqjin-group.com/