纳滤膜是解决越来越严重的清洁用水问题的重要手段，对海水脱盐、医药食品工业、灌溉行业等领域的发展具有重要的意义。

石墨烯由于其优异的力学性能，可以承受横流操作中产生的高强度渗透压和剪切应力。理论上，多孔石墨烯能在水的透过率为10^-2m³m^-2s^-1MPa^-1的条件下，实现100%的脱盐效率。然而，无针孔的多孔单层石墨烯的大批量制备，任重而道远。

图1. 单层多孔石墨烯薄膜脱盐

Surwade, S. P. et al.Water desalination using nanoporous single-layer graphene. Nat.Nanotech. 2015, 10,459–464.

与此同时，研究人员又打起了氧化石墨烯的主意，主要有以下三个方面的原因：

1）层状结构赋予它独特的离子传递特性；

2）水溶性确保其可以容易成膜；

3）已经实现吨级以上量产。

基于氧化石墨烯的大量研究发现，还是存在不少问题：在保证较高的水通量的横流操作中，有的力学性能差，有的脱盐效率不够高，有的力学性能好，且脱盐效率高达97%，但是所使用的过滤成膜技术要实现低成本的工业放大并不容易。

图2. 垂直排列的GO复合膜实现97%脱盐效率

有鉴于此，Aaron Morelos-Gomez等人报道了一种基于喷涂工艺、适合规模化、清洁化制备的高效GO/FLG（少层石墨烯）复合膜。

图3. GO/FLG复合膜制备示意图

研究人员将含有氧化石墨烯和少层石墨烯的水溶液喷涂到PVA修饰的聚砜膜上，然后经过热处理和Ca²⁺交联过程。

研究表明， PVA界面吸附层对于提高薄膜的力学性能起到决定性关键作用，确保GO/FLG膜可以在高强度横流测试中稳定工作120 h，实现86%的脱盐效率和96%的阴离子染料脱除率。

图4. PVA的决定性作用

对比实验发现：相对于纯的GO膜，GO/FLG膜具有更好的耐氯性，更适合标准的工业净水工艺。而相比于GO/DWCNTs（双层碳纳米管）膜，GO/FLG膜脱盐效果更低，透水通量更高。

转载自纳米人