清洁水生产和废水循环利用的需求持续推动着纳滤膜的发展。氧化石墨烯（GO）膜具有革新纳滤的潜力，但要在实际浓度下保持其较高的溶质截留率仍然是一个主要挑战。近日，美国佐治亚理工学院Sankar Nair报道了一种在GO纳滤膜中持续高溶质截留率的机制，使其能够在苛刻的实际情况下以高稳定性工作。
本文要点：
1）研究人员首先假设由于π-π和与GO片的静电相互作用，因此可以通过将π共轭多环阳离子牢固附着到GO上来实现独特的微结构控制。这可能会限制层间膨胀，还会在GO的二维(2D)层间“走廊”中产生可调的空间位阻，增加路径曲折度，并缩小水合离子和分子运输的有效侧向空间。研究人员随后使用多环染料甲苯胺蓝O（TBO）证明了这一假设，该染料具有大的π-共轭系统，所有碳原子都在相同的蒽平面（〜0.36 nm厚）上，同时还有一个阳离子。
2）研究发现，由GO–TBO和TBO–TBO相互作用产生的不同的膜微结构会导致反直觉的溶质排斥行为，研究人员阐明了这些作用的起因。此外，研究人员还展示了这些膜在错流条件和高温（> 70°C）下与多组分生物精炼厂物料流连续运行时的规模化以及稳定性和持续性能。
3）嵌入π-共轭多环阳离子的策略具有多个优点。具有最小厚度（<0.4 nm），相对刚性的2D多环骨架结构，可以更好地控制有效的GO层间距。此外，它们的π堆积行为会导致一系列独特的微观结构，这些微观结构会通过改变“垂直”（层间间距）和“横向”（层间廊空间）影响溶质排斥。
Wang, Z., Ma, C., Xu, C. et al. Graphene oxide nanofiltration membranes for desalination under realistic conditions. Nat Sustain (2021).
DOI：10.1038/s41893-020-00674-3
https://doi.org/10.1038/s41893-020-00674-3
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