Separation of mono-/di-valent ions via charged interlayer channels of graphene oxide membranes

石墨烯 离子 渗透 氧化物 选择性 二价 化学工程 化学 材料科学 分析化学(期刊) 无机化学 纳米技术 色谱法 有机化学 生物化学 工程类 催化作用
作者
Qingbo Huang,Song Liu,Yanan Guo,Gongping Liu,Wanqin Jin
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:645: 120212-120212 被引量:69
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2021.120212
摘要

Separation of mono-/di-valent ions is widely used in the fields of energy security and environmental protection. Compared with traditional separation methods, membrane separation could achieve higher efficiency with less energy. In this work, we reported graphene oxide (GO) membrane with charged interlayer channels for separation of mono-/di-valent ions by utilizing the synergistic effect of size-sieving and electrostatic repulsion. Positively-charged polyethyleneimine (PEI) were introduced into the interlayer of negatively charged GO layers via layer-by-layer assembly. Characterizations indicated that the introduction of PEI not only controlled the charge property of the interlayer channels, but also increased the hydrophilicity of the membrane surface. The effects of the number of GO-PEI bi-layer, PEI concentration and salt concentration on the membrane performance for mono-/di-valent ions were systematically investigated. The optimal GO-PEI membrane with ∼100 nm thick exhibited K+, Na+, and Li+ permeation rates of 0.474, 0.378, and 0.306 mol m−2 h−1, as well as the selectivity for K+/Mg2+, Na+/Mg2+, and Li+/Mg2+ of 33.8, 27.0, and 21.9, respectively. Density functional theory (DFT) was employed to understand the transport mechanism of charged interlayer channels for selective transport of monovalent ions over divalent ions.
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