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記者3日從蘭州大學(xué)獲悉，該校稀有同位素前沿科學(xué)中心陳熙萌、李湛團(tuán)隊(duì)，通過研究氧化石墨烯納米片在渦旋剪切力場中結(jié)構(gòu)組成的動態(tài)變化過程，發(fā)展出一種超級簡單的渦旋力場拉伸堆積成膜策略，制備出高選擇性、低能耗、超平層間結(jié)構(gòu)的渦旋氧化石墨烯膜，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室階段鹽湖中鋰、鉀、鎂等離子的選擇性高效分離。相關(guān)成果發(fā)表在《納米快報(bào)》上。
膜分離是高效無相變、綠色無污染的新型分離技術(shù)，但傳統(tǒng)膜分離技術(shù)很難用于鹽湖鹵水中堿土金屬離子的選擇性分離，因此有必要發(fā)展一類更為簡單、高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的膜分離技術(shù)，促進(jìn)我國鹽湖鹵水資源的高質(zhì)化利用。
氧化石墨烯膜因其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性在分離分析領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。然而，氧化石墨烯表面存在大量含氧基團(tuán)，在堆疊成膜的過程中產(chǎn)生大量褶皺。這些褶皺會干擾氧化石墨膜層間狹縫中的離子滲透過程，從而降低其滲透性和選擇性。因此，亟須解決二維膜選擇性和滲透性之間的權(quán)衡問題，實(shí)現(xiàn)離子的高效快速分離。
研究人員通過簡單的機(jī)械攪拌方式，對氧化石墨烯溶液施加渦流力場，制備出層間結(jié)構(gòu)可調(diào)的超平渦旋氧化石墨烯膜，并使用該膜實(shí)現(xiàn)了鹽湖鹵水中單價(jià)金屬離子與二價(jià)鎂離子的高選擇性篩分。
研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯納米片在渦旋剪切力場中，其邊緣位置受到不同大小和方向剪切力的拉扯，該作用不但消除了石墨烯表面存在的大量褶皺，且促使表面褶皺間脂基水解成羧基和羥基，進(jìn)而大幅提高石墨烯表面的含氧量。拉平的氧化石墨烯片在渦旋力場的作用下，形成一種具有彩色牛頓干涉環(huán)的超平氧化石墨烯膜。
