氧化石墨烯(GO)膜因水诱导效应(如溶胀)和与基底的界面粘附性差而不安稳,这在很大程度上约束了其别离功能和长时刻运用(如潜在的GO走漏危险)。为了处理这个问题,本文,香港理工大学蒋毅/华中科技大学吕以亮等研究人员在《ACS EST Engg》期刊宣布名为“Magnetically Ultrastabilized Graphene Oxide-Based Membrane Filter for Point-of-Use Water Treatment”的论文,用原位构成的Fe 3 O 4纳米颗粒润饰的GO纳米片首要经过真空过滤拼装成膜过滤器随后将过滤器置于由永磁体发生的磁场 (≤0.50 T) 中,并经过嵌入可磁化微粒的定制多孔载体进行调谐。
GO–Fe3O4(GOF)膜过滤器在严苛的超声波失稳(≥持续时刻为20分钟,功率为144 W,频率为45 kHz)和湍流流体动力学条件(例如,至少7天的横流速度为30 cm/s)下坚持无缺,没有任何劣化浸透或排挤功能。咱们的试验和理论研究强调了可磁化载体在完成这种超安稳化方面的不可或缺的效果,这将磁通密度梯度和磁力提高了近 1 个数量级。GOF 膜过滤器不只具有与商业超滤膜适当的别离功能,并且可以有用灭活水传达病原体(例如,大肠杆菌)。这种将功能性工程纳米资料磁性安稳在基板表面上的简略策略为开发纳米过滤器拓荒了新的时机,将走漏和健康危险降至最低,用于运用点的水净化。
图1. (a) 用于磁场中超滤进程的克己过滤器设备示意图(插图显现了过滤设备的相片)。(b) 克己过滤器的零件拼装示意图。 (c) 零件和 (d) 克己过滤器设备的拼装图。
图2. (a) GO 和 GOF 复合资料的 FTIR 光谱;(b) GO膜和GOF膜过滤器的XRD图谱;(c) GOF 复合资料的 TEM 图画(插图显现从 TEM 图画估量的 Fe 3 O 4纳米颗粒的尺度散布);(d) GO 和 GOF 复合资料的拉曼光谱;(e) GOF 复合资料的滞后曲线(插图显现滞后曲线的扩大图);(f) GOF 膜过滤器的相片(插图:GOF 膜过滤器被 NdFeB 环形磁铁招引);(g) GOF 膜过滤器的俯视图和 (h) 横截面 SEM 图画(质量负载为 0.22 mg cm –2)(插图:扩大的 SEM 图画);(i) GOF 复合资料的滞后曲线(插图:滞后曲线的扩大图);(j) 可磁化载体的相片(插图显现可磁化载体被 NdFeB 磁体招引);(k) 可磁化载体的俯视图和 (l) 横截面 SEM 图画(黄色虚线圆圈符号嵌入载体内的 NdFeB 微粒)。
图3. (a) NMF/(N)S、MF/NS 和 MF/S 体系(两个可磁化支架,四个 NdFeB 环形磁铁)中 GOF 膜过滤器的安稳性比较。(b) 在 NMF/(N)S、MF/NS 和 MF/S 体系(两个可磁化载体,四个 NdFeB 磁体)中超声处理 20 分钟后透水性和 PEG(300 kDa)排挤的改变。J 0和J x代表GOF膜过滤器在超声波处理前后的透水率,而R 0和R x别离指医治前后的 PEG 排挤率。(c) 可磁化载体的数量(即0、2和4)对MF/S体系中GOF膜过滤器安稳性的影响(功率输入为171 W,四个NdFeB磁体)。(d) NdFeB 磁体数量(即 1、2 和 4)对 MF/S 体系(四个可磁化支撑)中 GOF 膜过滤器安稳性的影响。GOF 膜过滤器的质量负载为 0.22 (b) 或 0.44 mg cm–2 (a, c, d)。还有阐明,超声波功率输入为 144 W,频率为 45 kHz;超声时刻为 10 分钟。
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