Целевое покрытие улучшает мембраны из оксида графена для нанофильтрации

Нанофильтрация (NF) — это передовая технология для очистки сточных вод, содержащих органические микрозагрязнители (OMPs).

Группа исследователей под руководством профессора Ван Иньхуа из Института инженерии процессов Китайской академии наук разработала стабильную мембрану из оксида графена (GO) с равномерным размером пор для удаления OMPs.

Исследование было опубликовано в журнале Chemical Engineering Journal 20 января.

В нём предлагается комбинировать стратегию усиления сигнала и химию дефектов для уменьшения распределения размеров пор мембраны, что предлагает многообещающий метод получения высокоселективных NF-мембран.

Оксид графена (GO) показывает большой потенциал для молекулярного просеивания в NF. Мембраны GO обычно готовят путём наслоения нанолистов GO на пористый поддерживающий слой. Однако использование мембран GO ограничено из-за их низкой стабильности в водной среде.

Кроме того, крупные дефекты, возникающие из-за неравномерного осаждения нанолистов GO, могут приводить к низкой удерживающей способности мембран, а также вызывать серьёзное загрязнение мембран.

В своём исследовании учёные предложили стратегию целевой модификации для одновременного повышения устойчивости мембран GO к загрязнению и регулирования их наноканалов.

Сначала в раствор GO добавляют ионы железа (Fe₃⁺) для приготовления стабильной мембраны (GO-Fe). «Добавленные ионы Fe₃⁺ могут усиливать сигнал дефектов на мембране GO-Fe, где из-за отталкивающего взаимодействия между соседними нанолистами GO образуются более крупные поперечные дефекты», — пояснил профессор Ло Цзяньцюань.

Поверхность мембраны GO-Fe затем модифицируют целевым покрытием, состоящим из таниновой кислоты и аминопропилтриэтоксисилана (TA-APTES). Более крупные дефекты мембраны с большим количеством Fe₃⁺ «заплавляются» более толстым покрытием TA-APTES. Такое «пятнистое» покрытие TA-APTES может одновременно повысить устойчивость к загрязнению и сузить распределение размеров пор у мембраны GO, опосредованной ионами Fe₃⁺.

«По сравнению с коммерчески доступными полиамидными NF-мембранами, наша мембрана GO с целевым покрытием демонстрирует более высокое и стабильное удержание различных OMPs, даже при длительной работе, поперечной фильтрации или под высоким давлением», — отметил профессор Ло.