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03
2026
-
02
CEJ：基于动态孔压缩效应的超疏水石墨烯超滤膜回收含盐废水中的染料
作者：
本文摘要
具有高透水性和净水选择性的石墨烯膜在膜分离领域备受关注，但其固有的不稳定性严重限制了实际应用。本研究通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法制备了一种稳定耐用的石墨烯超滤膜（GUM）。表征结果显示，石墨烯层呈现多孔 “玫瑰” 结构，GUM 表面光滑且具有疏水性，为选择性传输提供了纳米级通道。石墨烯层的引入使膜的截留分子量从 50 kDa 以上显著降至 900 Da，膜孔径缩小至 0.539 nm，有效提升了分子分离性能。同时，GUM 对亚甲基蓝的截留率高达 90% 以上，而对盐的截留率低于 2%，经 10 次循环后仍能保持该高分离性能，且通量回收率达 95%。对于不同类型的染料，GUM 的截留率均超过 87%。机理实验证实，染料截留性能源于动态孔压缩效应：染料分子与石墨烯大量芳香环结构之间发生 π-π 和 n-π 相互作用，π-π 相互作用促使染料分子吸附于石墨烯层，进而将膜孔径从 0.633 nm 压缩至 0.539 nm，孔径缩小与石墨烯层对染料分子的排斥作用共同实现了染料截留。基于上述发现，本研究提出了一种经济环保、可规模化的膜过滤方法，为含盐废水的染料回收及可持续废水资源化提供了新路径。
1.结构与性能协同优化：通过 PECVD 法原位生长制备的石墨烯超滤膜具有独特的多孔 “玫瑰” 结构和超疏水表面，使截留分子量从 50 kDa 以上骤降至 900 Da，孔径缩小至 0.539 nm，实现了染料（截留率 > 90%）与盐（截留率 < 2%）的gao效分离，性能优于多数传统纳滤膜。
2.优异的稳定性与复用性：经 10 次循环过滤 - 清洗后，膜仍保持高分离性能，染料截留率未显著下降，通量回收率达 95%；且通过甲醇反洗可实现 97% 的通量恢复，有效解决了石墨烯膜易脱落、易污染的行业痛点。
3.创新分离机理与适用性：证实动态孔压缩效应是染料截留的核心机理，通过 π-π 和 n-π 相互作用实现孔径动态调控，对阳离子、阴离子及中性染料均表现出 87% 以上的高截留率，无需依赖电荷效应，为复杂含盐废水中各类染料的资源化回收提供了通用技术方案。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/o-sHUsfnK9s6RIS_McVyiQ
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