近日, 中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨上海高研院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室, 在電沉積氧化石墨烯複合膜用於精確尺寸篩分方面取得進展. 相關結果發表在《自然•通訊》上.
混合物分離是工業生產中的高耗能環節, 膜分離技術具有低能耗, 高效率和低成本等優勢. 作為一種新興的膜材料, 氧化石墨烯及其衍生物等二維材料在溶劑, 離子等液相分離以及氣體分離中均表現出良好的分離性能, 成為膜分離領域的研究熱點之一. 但是, 如何精確調控 (降低) 氧化石墨烯的二維層間距以適應不同尺寸的分子或者離子的高效篩分, 以及如何增強氧化石墨烯這種柔性材料的機械強度, 是該領域中極具挑戰性的難點課題.
曾高峰研究團隊在前期工作 (Chem Commu,, RSC Adv,) 的基礎上, 開發並驗證了一種在多孔不鏽鋼中空纖維上電沉積快速製備超薄氧化石墨烯複合膜的方法, 既可以有效縮小二維層間距又增強了膜的機械性能. 在環形電場作用下, 氧化石墨烯首先在對電極上發上部分電還原, 再經靜電力推動沉積在工作電極不鏽鋼中空纖維表面, 形成超薄均勻的氧化石墨烯膜. 通過電還原能夠在一定範圍內控制氧化石墨烯的二維層間距, 從而適用於特定的分離體系. 研究發現, 在優化的沉積條件下所得的氧化石墨烯複合膜能夠精確篩分尺寸非常接近的C2 (乙烷和乙烯) 和C3 (丙烷和丙烯) 烴類分子 (圖1) , C2/C3的理想選擇性達到190-550. C2和C3烴類分離在天然氣純化, 甲醇制烯烴 (MTO) 和費托合成烯烴 (FTO) 等工業過程中具有現實的分離需求. 此外, 電沉積氧化石墨烯複合膜在醇類脫水和海水脫鹽的液相分離中表現出極高的選擇分離性能, 能夠高效篩分最小的醇分子和離子.
研究工作得到了國家自然科學基金委和中科院青年創新促進會等的資助.
