1. 清新电源首页
  2. 学术动态
  3. 博采百家
  4. AdvancedScienceNews

高稳定性二维纳米片分离膜开发策略:自支撑结构

二维纳米片分离膜是一类由二维纳米片堆叠而成、利用纳米片之间层间距进行选择性分离的新型膜,其在水处理净化等分离领域中表现出了优异的性能,因而引起科学家的广泛关注。但通常采用的化学支撑等造孔手段,使得二维膜的稳定性欠佳,制约了其进一步发展应用。针对这一难题,华南理工大学的王海辉课题组和德国汉诺威大学的Caro课题组合作开发出一种具有自支撑结构的二维g-C3N4纳米片膜,并用于水处理(如图1所示),解决了稳定性差的问题。

高稳定性二维纳米片分离膜开发策略:自支撑结构

图1 水在具有自支撑结构的二维g-C3N4纳米片膜中的传质路径

 

研究人员采用浓盐酸对三维体相粉末g-C3N4进行预处理,利用H+的腐蚀性将其刻蚀剥离成为具有二维结构的纳米片,并通过控制条件保留部分未剥离的体相结构,从而得到凹凸不平的二维g-C3N4纳米片。将这些二维g-C3N4纳米片堆叠成膜后,纳米片上未剥离的凸起结构在片层之间起到自支撑的作用,由此支撑而产生的纳米片间孔隙与二维g-C3N4纳米片的自身缺陷孔为分离传质提供了良好的通道。作者将这种具有自支撑结构的二维膜应用于水处理,并证实了该具有自支撑结构的二维g-C3N4膜具有优异的化学和机械稳定性,这主要得益于其物理支撑孔,该物理支撑孔比其它二维膜的化学支撑孔具有更高的稳定性。

随后,作者通过分子模拟手段从理论角度进一步探究了水在二维g-C3N4纳米孔道中的传质规律,结果证实水分子在g-C3N4纳米孔道中的传质机制为滑流,传质阻力非常小,这主要是因为水分子和g-C3N4纳米片的相互作用力非常小。迄今为止,这是首次从理论和实验上探究C基材料中引入N对水传质行为影响的报道。

该研究不仅为其它高稳定性二维层状分离膜的开发提供了有益参考,同时也加深了人们对水分子在纳米孔道中传质的理解。

相关工作发表于Angew.Chem. Int. Ed. 2017, DOI: 10.1002/anie.201701288

作者:Yanjie Wang, Dr.Libo Li, Dr. Yanying Wei, Dr. Jian Xue, Huang Chen, Li Ding, Prof. Dr. Jürgen Caro,* and Prof. Dr. Haihui Wang*

原文链接如下,或者点击下方阅读原文

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201701288/full

互动关注


Wiley Advanced Science News官方微信平台

如希望发表科研新闻或申请信息分享,请联系:ASNChina@wiley.com

关注方式:微信右上角添加朋友—公众号—搜索“AdvancedScienceNews”或下方长按识别二维码。

高稳定性二维纳米片分离膜开发策略:自支撑结构

本站非明确注明的内容,皆来自转载,本文观点不代表清新电源立场。

发表评论

登录后才能评论