近日，我校光机电工程学院研究团队在国际知名刊物《Journal of Membrane Science》(影响因子7.183)，以“Robust reduced graphene oxide membranes with high water permeance enhanced by K⁺modification”为题在线发表了最新研究成果。该论文第一作者为我校光机电工程学院2019级硕士研究生杨如杰，光机电工程学院教师樊艳博士为共同第一作者，陈均朗副教授和陈亮教授为共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、浙江农林大学校科研发展基金的资助和支持。该工作通过探究水合K⁺离子对氧化石墨烯膜通道大小调控的物理机理，实现了对高价态离子超高水通量的截留，具有良好的工业化应用前景。

分离和纯化废水是解决水资源不足的有效方法之一。纳滤膜技术以其能耗低、操作方便、环保等优点被广泛研究用于纯化饮用水和废水处理领域中。虽然目前已经开发大量用于废水处理的纳滤膜，但往往随着膜通量的升高，分离选择性急剧下降。近年来，氧化石墨烯（graphene oxide,GO）以其高亲水性、高比表面积以及高机械强度等特性被用于纳滤膜分离领域中。GO纳米片表面有大量的含氧官能团（包括羟基，环氧基，羧基和羰基），具有亲水性，易于分散在水溶液中，并且通过简单的自组装工艺，可获得满足工业需求的纳滤膜，从而逐渐成为科研人员的研究焦点。但到目前为止，获得高通量高截留率的纳滤膜仍然是一个巨大的挑战。

基于对水合K⁺调节rGO膜的二维纳米通道尺寸的物理机制的理解，我校研究团队提出利用水合K⁺改性还原氧化石墨烯（rGO-K⁺）纳滤膜，改善rGO膜的亲水性。该rGO-K⁺纳滤膜对高价态离子Fe³⁺、Al³⁺和Cr³⁺达到了稳定高效的截留效果，同时水通量高达86.1 L h⁻¹m⁻²bar⁻¹。该截留效果在高达9bar的压力以及强酸、强碱、长时间周期等条件下，依然保持了稳定高效的截留效果。这表明，通过水合K⁺改性还原氧化石墨烯的方法，打破了膜领域中水通量和选择性之间的“trade-off”限制，成功制备了具有高通量、高选择性以及结构稳定的纳滤膜。

该研究中的rGO-K⁺纳滤膜制备方法简单，性能优良，在处理污染废水方面具有很大的潜力，可用于开发各种先进的可持续提供清洁水资源的分离膜材料。研究结果为进一步优化设计氧化石墨烯纳滤膜提供了必要的基础，为二维膜材料的应用开发提供了新的思路。

全文论文链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119437

（光机电工程学院 樊艳）