開發(fā)氧化石墨濾餅

隨著材料領(lǐng)域的擴(kuò)張，人們對于材料的功能性需求更為嚴(yán)苛，迫切需要在交通運(yùn)輸、建筑材料、能量存儲與轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域應(yīng)用性質(zhì)更加優(yōu)良的材料出現(xiàn)，石墨烯以優(yōu)異的聲、光、熱、電、力等性質(zhì)成為各新型材料領(lǐng)域追求的目標(biāo)，作為前驅(qū)體的GO以其靈活的物理化學(xué)性質(zhì)、可規(guī)模化制備的特點(diǎn)更成為應(yīng)用基礎(chǔ)研究的熱電。雖然GO具有諸多特性，但是由于范德華作用以及π-π作用等強(qiáng)相互作用力，使GO之間很容易在不同體系中發(fā)生團(tuán)聚，其在納米尺度上表現(xiàn)的優(yōu)異性能隨著GO片層的聚集的降低直至消失，極大地阻礙了GO的進(jìn)一步應(yīng)用。氧化石墨烯（GO）的厚度只有幾納米，具有兩親性。開發(fā)氧化石墨濾餅

使得*在單層中排列的水蒸氣可以滲透通過納米通道。通過在GO納米片之間夾入適當(dāng)尺寸的間隔物來調(diào)節(jié)GO間距，可以制造廣譜的GO膜，每個(gè)膜能夠精確地分離特定尺寸范圍內(nèi)的目標(biāo)離子和分子。水合作用力使得溶液中氧化石墨烯片層間隙的距離增大到1.3 nm，真正有效、可自由通過的孔道尺寸為0.9 nm，計(jì)算出水合半徑小于0.45 nm的物質(zhì)可以通過氧化石墨烯膜片，而水合半徑大于0.45 nm的物質(zhì)被截留，如圖8.4所示。例如，脫鹽要求GO的層間距小于0.7 nm，以從水中篩分水合Na +（水合半徑為0.36nm）。 通過部分還原GO以減小水合官能團(tuán)的尺寸或通過將堆疊的GO納米片與小尺寸分子共價(jià)鍵合以克服水合力，可以獲得這種小間距。與此相反，如果要擴(kuò)大GO的層間距至1~2 nm，可在GO納米片之間插入剛性較大的化學(xué)基團(tuán)或聚合物鏈（例如聚電解質(zhì)），從而使GO膜成為水凈化、廢水回收、制藥和燃料分離等應(yīng)用的理想選擇。 如果使用更大尺寸的納米顆?；蚣{米纖維作為插層物，可以制備出間距超過2nm的GO膜，以用于生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用（例如人工腎和透析），這些應(yīng)用需要大面積預(yù)分離生物分子和小廢物分子。開發(fā)氧化石墨圖片氧化石墨仍然保留石墨母體的片狀結(jié)構(gòu)，但是兩層間的間距(約0.7nm)大約是石墨中層間距的兩倍。

比較成熟的非線性材料有半導(dǎo)體可飽和吸收鏡和碳納米管可飽和吸收體。但是制作半導(dǎo)體可飽和吸收鏡需要相對復(fù)雜和昂貴的超凈制造系統(tǒng)，這類器件的典型恢復(fù)時(shí)間約為幾個(gè)納秒，且半導(dǎo)體可飽和吸收鏡的光損傷閥值很低，常用的半導(dǎo)體飽和吸收鏡吸收帶寬較窄。碳納米管是一種直接帶隙材料，帶隙大小由碳納米管直徑和屬性決定。不同直徑碳納米管的混合可實(shí)現(xiàn)寬的非線性吸收帶，覆蓋常用的1.0～1.6 um激光増益發(fā)射波段。但是由于碳納米管的管狀形態(tài)會產(chǎn)生很大的散射損耗，提高了鎖模閥值，限制了激光輸出功率和效率，所以，研究人員一直在尋找一種具有高光損傷閩值、超快恢復(fù)時(shí)間、寬帶寬和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的飽和吸收材料。

GO膜在水處理中的分離機(jī)理尚存在諸多爭議。一種觀點(diǎn)認(rèn)為通過尺寸篩分以及帶電的目標(biāo)分離物與納米孔之間的靜電排斥機(jī)理實(shí)現(xiàn)分離，如圖8.3所示。氧化石墨烯膜的分離通道主要由兩部分構(gòu)成：1）氧化石墨烯分離膜中不規(guī)則褶皺結(jié)構(gòu)形成的半圓柱孔道；2）氧化石墨烯分離膜片層之間的空隙。除此之外，由氧化石墨烯結(jié)構(gòu)缺陷引起的納米孔道對于水分子的傳輸提供了額外的通道19-22。Mi等23研究認(rèn)為干態(tài)下通過真空過濾制備的氧化石墨烯片層間隙的距離約為0.3 nm。從微觀方面，GO的聚集、分散、尺寸和官能團(tuán)也對水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能有影響。

TO具有光致親水特性，可保證高的水流速率，在沒有外部流體靜壓的情況下，與GO/TO情況相比，通過RGO/TO雜化膜的離子滲透率可降低至0.5%，而使用同位素標(biāo)記技術(shù)測量的水滲透率可保持在原來的60%，如圖8.5（d-g）所示。RGO/TO雜化膜優(yōu)異的脫鹽性能，表明TO對GO的光致還原作用有助于離子的有效排斥，而在紫外光照射下光誘導(dǎo)TO的親水轉(zhuǎn)化是保留優(yōu)異的水滲透性的主要原因。這種復(fù)合薄膜制備方法簡單，在水凈化領(lǐng)域具有很好的潛在應(yīng)用。。靜電作用的強(qiáng)弱與氧化石墨烯表面官能團(tuán)產(chǎn)生的負(fù)電荷相關(guān)。附近氧化石墨圖片

氧化石墨烯的表面官能團(tuán)與水中的金屬離子反應(yīng)形成復(fù)雜的絡(luò)合物。開發(fā)氧化石墨濾餅

氧化石墨烯（GO）表面有羥基、羧基、環(huán)氧基、羰基等親水性的活性基團(tuán)，且片層間距較大，使得氧化石墨烯具有超大比表面積和的離子交換能力。GO的結(jié)構(gòu)與水通蛋白相類似，而蛋白質(zhì)本身具有優(yōu)異的離子識別功能，由此可推斷氧化石墨烯在分離、過濾及仿生離子傳輸?shù)阮I(lǐng)域可能具有潛在的應(yīng)用價(jià)值1-3。GO經(jīng)過超聲可以穩(wěn)定地分散在水中，再通過傳統(tǒng)成膜方法如旋涂、滴涂和真空抽濾等處理后，GO微片可呈現(xiàn)肉眼可見的層狀薄膜堆疊，在薄膜的層與層之間形成具有選擇性的二維納米通道。 除此之外，GO由于片層間存在較強(qiáng)的氫鍵，力學(xué)性能優(yōu)異，易脫離基底而**存在?；贕O薄膜制備方法簡單、成本低、高通透性和高選擇性等優(yōu)點(diǎn)，其在水凈化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。開發(fā)氧化石墨濾餅

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