韩国科学技术研究院先进复合材料研究所Chetna Tewari等--石墨烯基复合材料和膜能解决当前的水净化问题吗-综述

利用石墨烯片的大表面积、催化作用、吸附能力和反应性，它在水处理复合材料中的应用正在增加。随着废水流中新污染物的不断增加，处理挑战是巨大的。此外，水资源短缺对研究人员提出了极高的要求，需要开发一种综合高效的海水淡化和废水净化系统。石墨烯基复合材料和膜能满足海水淡化和净化的挑战吗?本文综述了近年来石墨烯基复合材料及其膜的研究进展。我们对目前的水净化技术包括海水淡化进行了系统的研究，揭示了使用石墨烯基复合材料及其膜的突出技术。不仅阐述了水净化机制的基本原理、过滤装置的制造和结构改变参数，而且强调了影响水过滤和使用环保石墨烯蒸发器的条件。我们还讨论了与扩大水处理有关的潜在商业问题，并强调了有希望的进展方向。石墨烯的使用提供了成本效益和可持续性，这是其成功的关键。我们的总体目标是将现有技术、可加工性、石墨烯基复合材料的可扩展性以及石墨烯膜用于海水淡化和水净化方法的挑战联系起来。

  图 1. 硅烷接枝改性制备氧化石墨烯复合膜(陶瓷负载)。

                                  图2. 氧化石墨烯表面吸附机理示意图。

                                                             图3. (A) ZnO和(B) GN-ZnO的光催化机理，(C) GN-ZnO的光催化带。

                                                         图4. 氧化石墨烯淀粉纳米复合膜的合成示意图。   

                                            图5. GNCs进入生态系统和人体的各种途径。

                                                                             图6. (a)用Fe₂O₃/rGO杂化物过滤水中As⁵⁺。(b)海底的大小与流出物中As⁵⁺残留量之间的关系。

                                   图7. 黄原胶/氧化GN (XG/GO-1)混合物气凝胶去除有机染料:(a)罗丹明B吸附(RB)。亚甲蓝吸附(b) (MB)。    

                                       图8. 油水分离采用(a) LA/F/rGO水凝胶经水预处理，用于从水中分离油(甲苯)，以及(b) LA/F/rGO水凝胶经油预处理从油(氯仿)中分离水。

                                             图9. 膜:(a)纳米多孔石墨烯和(b)堆叠氧化石墨烯。

                                   图10. 石墨、干燥GO和浸泡在水里的GO的d间距示意图    

                                  图11. GN和GN氧化物的重要性质，提高了纳滤膜的特殊性能，改善了海水淡化。

                                      图12. 电解质和中性溶质的渗透机理示意图。          

相关研究成果由韩国科学技术研究院先进复合材料研究所Chetna Tewari等人于2023年发表在Desalination (https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116952)上。原文：Can graphene-based composites and membranes solve current water purification challenges - a comprehensive review。