具有小纳米片的还原氧化石墨烯膜，用有效快速去除微塑料和小分子

摘要：上海大学石国升研究员团队在《Journal of Hazardous Materials。IF=12.2》上发表了名为《Reduced graphene oxide membrane with small nanosheets for efficient an

上海大学石国升研究员团队在《Journal of Hazardous Materials。IF=12.2》上发表了名为《Reduced graphene oxide membrane with small nanosheets for efficient and ultrafast removal of both microplastics and small molecules》的研究论文。该研究制备了一种具有短Z型水传输路径和较低污染物分子吸附能的小侧向尺寸还原氧化石墨烯（S-rGO）膜。S-rGO膜对大型微塑料（MPs）的渗透率极高，为236.2 L m⁻²h⁻¹bar⁻¹（拒斥率为99.9%），对小染料分子的渗透率为234.2 L m⁻²h⁻¹ bar⁻¹，分别比具有较大尺寸片材的传统GO膜的渗透率高40倍和25倍。并且该膜在错流系统中的长期稳定性。在16小时内，膜保持了超过212.8 L m⁻²h⁻¹bar⁻¹的渗透性和99.9%的拒斥率。

研究测试了S-rGO膜厚度对MP去除的影响。厚度为300 nm、600 nm、900 nm和1200 nm的S-rGO膜的水渗透率分别为236.17 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹、107.3 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹、57.9 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹和40.3 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹，而拒斥率分别为99.9%、99.3%、99.8%和99.8%。这是由于膜厚度的增加导致堆叠的石墨烯片层数量增加，从而延长了水通道，因此降低了水渗透性（图2c）。

进一步研究了S-rGO膜在两组分污染物系统中的分离能力。进料溶液由四种染料（罗丹明B、甲基橙、亚甲基蓝和甲基红）组成，每种染料的浓度为10 mg/L，与200 nm微球（10 mg/L）混合。加入罗丹明B、亚甲基蓝、甲基橙和甲基红后，S-rGO膜的水渗透率分别为242.8 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹、172.9 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹、242.6 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹和242.7 Lm⁻²h⁻¹bar⁻¹。此外，基于紫外光谱和膜处理前后溶液数码图像的比较，S-rGO膜对染料和MP混合物的拒斥率相对较高，达到99.9%（图2d和S9）。

通过过滤实验研究了染料和MP在S-rGO膜上的吸附性能（图3）。膜在5-10分钟内达到吸附平衡，罗丹明B、亚甲基蓝、甲基红和甲基橙的吸附效率分别为2.2%、2.4%、11.2%和1.9%。不同染料对MP的吸附效率在2.0%到7.1%之间变化。如图2d所示，膜对染料和MP混合溶液的去除效率为99.9%，表明分离效率明显高于吸附效率。这表明拒斥机制主要依赖于GO膜的排斥效应，而不是吸附。