Cell Membrane‐Inspired Graphene Nanomesh Membrane for Fast Separation of Oil‐in‐Water Emulsions

石墨烯 材料科学 纳米网 渗透 化学工程 水运 纳米技术 渗透 水流 化学 生物化学 环境工程 工程类
作者
Yanan Liu,Marc‐Olivier Coppens
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (31) 被引量:40
标识
DOI:10.1002/adfm.202200199
摘要

Abstract Graphene exhibits fascinating prospects for preparing high‐performance membranes with fast water transport, due to its low friction with water and extreme thinness. However, for graphene‐assembled membranes, each molecule passing through the membrane should bypass many graphene sheets, which lengthens the molecular pathways and increases the mass transfer resistance. Herein, a graphene nanomesh (GNM) membrane is fabricated that is inspired by cell membranes, including aquaporins with their hydrophilic gate for selective transport and hydrophobic channel for low friction with water, thus resulting in fast water transport, as well as hydrophilic polymer brushes on the membrane surface for fouling resistance. GNM is synthesized by etching nanopores on graphene oxide (GO) nanosheets to significantly shorten the water transport channels, whereas the hydrophobic graphene sheets lead to low water friction; in combination, ultra‐fast, selective water flux is achieved. Also, hydrophilic polymer chitosan is utilized to modify GNM to construct a hydration layer, which suppresses foulants from touching the membrane surface. Accordingly, the permeance of the cell membrane‐inspired graphene nanomesh membrane reaches almost 4000 L m –2 h –1 bar –1 , which is about 260 times the permeance in a GO membrane, and the membranes show superior antifouling properties for separating various surfactant‐stabilized oil‐in‐water emulsions.
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