天津大学Fusheng Pan和姜忠义--金属-植酸配合物调节的氧化石墨烯膜用于丁醇脱水
锂对于二维层状氧化石墨烯(GO)膜，调节层间距离和增强表面亲水性是实现溶剂脱水高选择性和渗透通量的两种有效策略。本文设计了Fe3+-植酸(PA)配合物作为插层剂和表面改性剂制备亲水性氧化石墨烯膜。在90 wt%正丁醇/水混合物中，Fe3+-PA配合物通过非共价相互作用与氧化石墨烯纳米片中的含氧官能团相互作用，将层间距离固定在0.61 nm。此外，Fe3+-PA配合物增强了氧化石墨烯膜的表面亲水性，提高了膜的吸水能力，促进了水的快速转运。研究了正丁醇渗透汽化脱水性能随Fe3+-PA络合物含量和进料温度的变化规律。对正丁醇/水混合物，PA添加量为50 wt%的GOPA- Fe3+/PTFE膜在80℃下的分离系数为1059，渗透通量为10.57 kg/(m2 h)。本研究为利用多功能金属配合物制备二维层状分离膜提供了一条新途径。
图1 (a) GO-PA50%/PTFE， (b) GO-PA10%-Fe3+/PTFE， (c) GO-PA50%-Fe3+/PTFE和(d) GO-PA100%-Fe3+/PTFE薄膜的SEM表面图像;(e) GO-PA50%/PTFE， (f) GO-PA10%-Fe3+/PTFE， (g) GO-PA50%- Fe3+/PTFE和(h) GO-PA100%-Fe3+/PTFE薄膜的SEM截面图。
图2 GO/PTFE、GO-PA50%/PTFE和GO-PA50%-Fe3+/PTFE膜的AFM表面图像(a)、(b)和(c)， 3D表面图像(d)、(e)和(f)。
图3 PA、Fe3+-PA配合物、GO、GO-PA50%和GO-PA50%-Fe3+膜
图4. GO、GO- PA50%、GO-PA50%-Fe3+、GO-Pa10%-Fe3+和GO-Pa100%-Fe3+膜在(a)干燥和(b)潮湿状态下的XRD谱图。
图5 (a) GO/PTFE、GO-PA50%/PTFE和GO-PA50%-Fe3+/PTFE膜的静态水接触角;(b) GO-PAx-Fe3+/的动态水接触角聚四氟乙烯膜
图6 GO/PTFE、GO-PA50%/PTFE、GO-Fe3+/PTFE和GO-PA50%-Fe3+/PTFE膜
图7 PA含量对GO-PAxFe3+/聚四氟乙烯膜-正丁醇脱水性能的影响。
图8进料温度对:(a)总通量和分离因子，(b)正丁醇和水通量，(c)正丁醇和水的阿伦尼乌斯图，(d) Go - PA50 - Fe3+/PTFE膜对90 wt%正丁醇水溶液的渗透性和选择性的影响。
图9 与文献中正丁醇脱水性能比较。
相关科研成果由天津大学Fusheng Pan和Zhongyi Jiang等人于2021年发表在Journal of Membrane Science（https://doi.org/10.1016/j.memsci.2021.119736）上。原文：Graphene oxide membranes tuned by metal-phytic acid coordination complex for butanol dehydration。