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阿拉伯新城信息學研究所Noha A. Elessawy、英國利茲大學土木工程學院James Exley等--開發(fā)一種高效、低操作壓力的氧化石墨烯聚醚砜納濾膜，用于去除各種水污染物

傳統(tǒng)的廢水處理技術(shù)往往是高資本支出、能源密集型的解決方案，缺乏針對不同污染類別的特異性，不適合大規(guī)模部署，特別是工業(yè)廢水排放是一個重大環(huán)境問題。同時，產(chǎn)生的固體廢物污染，特別是含塑料廢物，是一個持續(xù)而嚴重的污染問題。這項工作的重點是“廢物處理廢物”的理念，以及從材料科學和環(huán)境管理到可持續(xù)水處理的多學科努力，此外還包括使用簡單的合成程序從礦泉水廢棄瓶中生產(chǎn)氧化石墨烯，該程序可以經(jīng)濟地擴大規(guī)模，用作具有成本效益的吸附劑。將制備的氧化石墨烯負載在聚醚砜(PES)膜上，并進行了批量過濾研究，以考察其去除水溶液中的亞甲基藍(MB)染料、硫酸龍膽霉素(GMS)抗生素以及Na₂SO₄和MgSO₄鹽的性能。使用響應面法(RSM)模型對初始污染物濃度、時間和溶液pH等操作參數(shù)進行了研究和優(yōu)化。結(jié)果證實了該過濾工藝的顯著效率，對MB、GMS、Na₂SO₄和MgSO₄的最大截除率分別為91%、93%、67%和64%，最大水通量分別為1322、1367、1225和1059 LMH。在GGA/PBE優(yōu)化水平下，考慮了GO、PES膜和GO/PES膜的密度泛函理論計算。對GO/PES膜進行了吸附退火定位分析，并以MB為吸附物重新計算了吸附退火過程。綜上所述，制備的GO/PES膜的吸附效果是最重要的，其次是Donnan排除效應和位阻效應。因此，有望建立新的生態(tài)友好的納濾膜，價格合理，穩(wěn)定，并且能有效地從水系統(tǒng)中去除各種污染物。

圖1. 真空沉積法制備氧化石墨烯/聚醚砜膜的步驟示意圖。

圖2. (a)GO納米片的拉曼光譜，(b) TEM圖像，(c) XPS測量光譜，(d) C1s高分辨率XPS光譜。

圖3. PES， GO/ PES膜的(a) FTIR光譜，(b) N₂吸附-脫附等溫線，(c)平均直徑分布，(d) SEM圖像和(e) PES、(f) GO/ PES膜的接觸角。

圖4. 使用DFT/GGA/PBE水平對(a)GO納米顆粒、(b)PES膜和(c)GO/ PES相互作用結(jié)構(gòu)進行計算優(yōu)化。

圖5. (a)基于DFT/GGA/PBE水平的MB分子計算優(yōu)化;(b)基于氫鍵距離GO/PES/MB體系模擬退火計算的分子吸附模塊。

圖6. 不同GO負載下GO/PES膜的(a)通量-壓力響應性和(b)滲透性。

圖7. (a)截留率%和滲透通量，(b)在25℃和pH 7下，GO負載60mg.m^-²時GO/PES膜的滲透率。(c) GO/PES膜NF的所有相互作用機制示意圖。

圖8. 通過GO/PES膜的GMS和MB截留率隨過濾過程變化的3D圖。

圖9. 通過GO/PES膜的Na₂SO₄和MgSO₄截留率與過濾工藝變量的3D圖。

圖10. 在5天內(nèi)，氧化石墨烯納米片浸出的重量百分比。

相關(guān)研究成果由阿拉伯新城信息學研究所計算機工程應用系Noha A. Elessawy、英國利茲大學土木工程學院James Exley等人于2024年發(fā)表在Journal of Environmental Chemical Engineering (https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.112489 )上。原文：Development of an efficient, low-operating-pressure graphene oxide/ polyethersulfone nanofiltration membrane for removing various water contaminants

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號



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