氧化石墨烯纳米片用作离子和分子过滤精要.pptxVIP

Graphene Oxide Membranes for Ionic and Molecular Sieving;研究背景;现如今，困扰着世界各地的一个难题就是怎样让世界各地的人们获得足够干净的水和良好的卫生设施。 怎样使用较低的成本和更少的能量去净化水是现在主要的研究方向。 对于净化水的研究现在大致可以分成消毒、净化、回收和再利用、海水脱盐等几个主要的领域。 推进水净化的科学研究，可以推进科学与经济的发展，改善人们的生活条件。;在医学或工业用途中，分解气体、从海水中分解盐，或者在更小的尺寸中进行化学合成或提纯，都可以使用合成膜作为分解的工具。 使用膜进行化学分离，相对于其他方法来说有它的长处。它比蒸馏或液化的方法消耗的能量更小，比使用吸收材料消耗的空间更小，它也可以连续地进行。 膜的工作原理是在两相之间构建一个屏障，其可以限制一些分子的移动，而又允许其他分子的通过。 膜的基本原理图如下所示：;氧化石墨烯;现有的技术可以使用化学转化的方法，来控制石墨烯的褶皱。 如图所示，将褶皱的石墨烯堆叠，可在石墨烯层间形成空隙，水分子可从空隙之中穿过，而杂质则无法穿过，从而达到净化水质的效果。;研究背景;离子和分子筛选膜可以快速的将溶质从水溶液中分离出来，在水净化、脱盐等工艺中有所应用。 GO的二维结构和其可调节的物理化学性能使其堆叠的纳米片结构可以成为新一类的筛选膜。 水分子从GO膜层间的纳米通道中通过，纳米通道是由未被氧化的区域组成的。 小的离子或分子可以从纳米通道中通过，而大的原子或分子则不行。;水合作用增大GO层间隙;使用GO纳米片作为过滤膜的优势;在溶液中的水合作用虽然增加了氧化石墨烯的层间隙，但也为我们在亚纳米范围内操控层间隙带来了一些挑战。 举个例子，脱盐要求氧化石墨烯的层间隙小于0.7nm（Na离子的水合半径为0.36nm）。 可以通过减少石墨烯的氧化程度，或者在层间使用小分子的共价键合连接氧化石墨烯，两种方法都可以减小氧化石墨烯的层间距。;若想将氧化石墨烯层间隙扩大至1~2nm，可在其层间插入大且坚硬的化学基团，或者是软的高分子链。（水净化、废水回收、制药、燃料分离） 若想要更大的尺寸（大于2nm），可在其层间插入更大尺寸的纳米颗粒或纳米纤维。（生物医学）;可以通过真空过滤或者一层层装配（LbL）合成氧化石墨烯膜，两种合成方法都对环境十分友好，因为它们只用水溶液，而不用有机溶液。 用真空过滤得到的得到的氧化石墨烯，不论是纯GO溶液或是混合了夹合物的溶液，在GO层间都缺乏足够的连接。因为GO高的亲水性，所以很容易分散在水中（在错流情况下更易如此）。 用层层装配方法更容易在其层间引入较为稳定的力（共价作用，静电力，亦或两者都有）。;氧化石墨烯的厚度可以通过改变层层堆叠的周期数来得到控制。 理论上来说，两层氧化石墨烯就可以组成过滤通道。但实际上，氧化石墨烯中会有一些缺陷及纳米片不均匀的堆积，对过滤能力有不利的影响，所以需要额外的层数。 用层层堆积得到的氧化石墨烯具有高的可扩展性和较低的成本。不像单层石墨烯膜的合成，其大尺寸片的生产对工业要求很高。;氧化石墨烯代表了新一代的超薄、高效率、节能的可以从水溶液精确筛选离子和分子的过滤膜，且在许多重要领域中得到应用。 将来的研究需要彻底明白水和溶质在石墨烯氧化膜中的转移机理，还有从根本上说明其他潜在的尺??分离机理（电荷和吸附影响）。 接下来的研究还需要解决一些具体的关于应用方面的问题，比如脱盐、水力压裂的处理、发电、生物医学和药物等领域。 未来的研究也可以针对于对氧化石墨烯的其他的功能进行研究，比如防污能力、吸附能力、抗菌能力、光催化性能等。;写文章时文字应该偏向于简洁凝练，用合适的篇幅去表达想要说明的问题。 同样是层状材料层间隙中离子和原子的运动，在不同的研究角度，可以得到完全相反的结论。 创新的重要性。;谢谢！