近日，我校光機電工程學院研究團隊在國際知名刊物《Journal of Membrane Science》(影響因子7.183)，以“Robust reduced graphene oxide membranes with high water permeance enhanced by K+modification”為題在線發表了最新研究成果。該論文第一作者為我校光機電工程學院2019級碩士研究生楊如杰，光機電工程學院教師樊艷博士為共同第一作者，陳均朗副教授和陳亮教授為共同通訊作者。該論文得到了國家自然科學基金委、浙江省自然科學基金委、浙江農林大學校科研發展基金的資助和支持。該工作通過探究水合K+離子對氧化石墨烯膜通道大小調控的物理機理，實現了對高價態離子超高水通量的截留，具有良好的工業化應用前景。
分離和純化廢水是解決水資源不足的有效方法之一。納濾膜技術以其能耗低、操作方便、環保等優點被廣泛研究用于純化飲用水和廢水處理領域中。雖然目前已經開發大量用于廢水處理的納濾膜，但往往隨著膜通量的升高，分離選擇性急劇下降。近年來，氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高親水性、高比表面積以及高機械強度等特性被用于納濾膜分離領域中。GO納米片表面有大量的含氧官能團（包括羥基，環氧基，羧基和羰基），具有親水性，易于分散在水溶液中，并且通過簡單的自組裝工藝，可獲得滿足工業需求的納濾膜，從而逐漸成為科研人員的研究焦點。但到目前為止，獲得高通量高截留率的納濾膜仍然是一個巨大的挑戰。
基于對水合K+調節rGO膜的二維納米通道尺寸的物理機制的理解，我校研究團隊提出利用水合K+改性還原氧化石墨烯（rGO-K+）納濾膜，改善rGO膜的親水性。該rGO-K+納濾膜對高價態離子Fe3+、Al3+和Cr3+達到了穩定高效的截留效果，同時水通量高達86.1 L h?1m?2bar?1。該截留效果在高達9bar的壓力以及強酸、強堿、長時間周期等條件下，依然保持了穩定高效的截留效果。這表明，通過水合K+改性還原氧化石墨烯的方法，打破了膜領域中水通量和選擇性之間的“trade-off”限制，成功制備了具有高通量、高選擇性以及結構穩定的納濾膜。
該研究中的rGO-K+納濾膜制備方法簡單，性能優良，在處理污染廢水方面具有很大的潛力，可用于開發各種先進的可持續提供清潔水資源的分離膜材料。研究結果為進一步優化設計氧化石墨烯納濾膜提供了必要的基礎，為二維膜材料的應用開發提供了新的思路。
（光機電工程學院 樊艷）
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