其次是如何在薄膜内部引入高密度均一孔径分布的亚纳米孔,实现水分子的高效选择性通过和盐离子/有机分子的有效🎟💘截留。
对于第一个难题🚱🗏🚤,碳纳米管具有优异☱的机械性能,并且与石墨烯的结构类似,两者之间可以通过π-π键和范德华力相互作用。
由碳纳米管搭接形成的碳纳米管薄膜是一种多孔的网🅙🕲络结构(平均孔径3♴🌦00纳米)的薄膜,不仅可以与石墨烯的结构完美匹配,也不会影响水渗😕透率。
因此,因🗶此国内🚱🗏🚤的研究机构想到将纳米孔石墨烯与碳纳米管结合来弥补前者的缺陷。🚺😞
他🛋们先在铜箔上生长出一层单层石墨烯,再在上面的🅙🕲一些区域覆盖相互连通的碳纳米管网络,将铜箔溶蚀掉之后就得到了一张碳纳米管支撑的石墨烯薄膜。
为取得高密♐度均一孔径分布的亚纳米孔,他们在石墨烯表面生长了一层均一孔径分布的介孔氧化硅(平均孔径2纳米)作为掩模☵板,用氧等离子体刻蚀去掉介孔氧化硅孔径内的石墨烯。
氧等离子体刻蚀时间越长,刻蚀🏨🜥掉的石墨烯越多,石墨🖜烯的孔径也就越大。
这样就可🗶以通过调控氧等离子体刻蚀的时间来调控石墨烯纳米筛的孔径。当刻蚀时间控制在10秒时,孔径为0.63纳米,可以有效允许直径0.32纳米的水分子通过并阻挡直径0.7纳米的盐离子。
这种薄膜可♐以不经聚合物支撑悬空、弯曲📅、拉张而不产🖜生明显裂缝。
测试和计算结果显示,新的薄膜能承受380.6mpa应🐁力,杨氏模量达到9.7gpa,这🏳🞋3倍于碳纳米管薄膜,🎟💘相当于纳米孔石墨烯薄膜2.4倍的拉伸刚度和10000倍的弯曲刚度。
于是,他们做出了一张又大又👝强韧的石墨烯介孔薄膜。
那么它的过滤性能又如何呢?
在10秒之内,刻蚀的石墨🝒烯纳米筛/碳纳米管薄膜渗透率可以达☰🃁到20.6升每平米每小时每大🗵气压。
2🛋4小时渗透📬之后盐离子截留率大于97%。
相对商用🗶的三乙酸纤维素淡化膜,新型石墨烯纳米筛/碳纳米管薄膜的水渗透率📌🙠提高了100倍🏳🞋,抗污染能力更强。
而且由于不受内部浓差极化效应制约,薄膜在高浓度盐环境下仍然可以保持较🎞💌🐟高的水渗透率。