邵路教授团队在二维材料水处理膜方向取得重要突破

近日，邵路教授提出新型“后部”界面聚合方法合成双机理驱动高性能氧化石墨烯复合膜，突破二维材料分离膜难以有效去除水中金属离子的难题。相关论文以《精密离子分离用双机理驱动超快渗透氧化石墨烯框架膜》（Ultra-Permeable Dual-Mechanism-Driven Graphene Oxide Framework Membranes for Precision Ion Separations）为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上。该研究解决了二维膜材料分离膜离子选择性低、水中结构稳定性差的难题。

水资源短缺是危及人类社会安全、制约可持续发展的世界性难题。开发出高效水处理用分离膜材料是缓解这一重大危机的关键性举措之一。二维材料氧化石墨烯（GO）组装形成的分离膜具备区别于传统分离膜的高效传质/分离通道结构，有望突破目前的分离膜渗透选择性上限，是构筑新一代高性能分离膜的理想材料。然而，氧化石墨烯膜较差的离子选择性和水中稳定性一直是制约其走向实际应用的关键性难题。

针对此难题，邵路教授团队设计了新方法，构筑双机理驱动的氧化石墨烯复合膜。通过“后部”界面聚合，在氧化石墨烯膜中构筑特定的聚酰胺交联网络并赋予分离膜表面正电性，从而协同增强氧化石墨烯膜对金属离子的尺寸筛分和静电排斥能力，实现了对水中金属离子的高效去除。得益于电荷排斥效应和尺寸筛分效应的协同作用，该研究所制备的新型氧化石墨烯复合框架膜在具备高渗透性的同时表现出优异的离子选择性。同时，合成的新型氧化石墨烯框架膜具有稳定性高、抗污染能力强和长期使用性能优异的特点。

城市水资源与水环境国家重点实验室为论文唯一通讯单位。邵路教授为论文唯一通讯作者。化工与化学学院博士研究生郭靖为论文第一作者。邵路教授团队张艳秋副教授、博士研究生杨帆、南非大学贝基·曼巴院士、环境学院马军院士和科廷大学刘少敏教授参与相关研究工作。

该研究工作获得国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金和城市水资源与水环境国家重点实验室自主课题等资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302931

双机理驱动氧化石墨烯框架膜制备及分离原理示意图