江西师范大学Xiao-Liang Zhang课题组–羧基化多壁碳纳米管插层氧化石墨烯膜高效处理有机废水

通过将一维羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs-COOH）插入二维氧化石墨烯（GO）纳米片中，可以轻松制备出具有精细分级纳米结构的GO/CNTs复合膜，用于高效的有机废水处理。通过XRD、Raman、FTIR、TEM和水接触角的表征结果，MWCNTs-COOH通过接枝反应成功插入到GO层状中间层中，从而提高了水的渗透通量和膜的稳定性。针对亚甲基蓝染料溶液，系统研究了GO/CNTs比例、负载量、CNTs类型和载体类型对膜分离性能的影响。在优化条件下制备的GO/CNTs复合膜在0.9 bar的跨膜压差下，对亚甲基蓝溶液的渗透通量分别为34.4 L m^-2 h^-1和99.7%以上的截留率。与原始GO膜相比，它的水渗透通量提高了近10倍，同时保持了高截留率。此外，静电相互作用和尺寸排阻效应协同作用，导致GO/CNTs膜对不同带正/负电荷的染料和中性有机分子的有效分离性能。这种GO/CNTs膜还表现出良好的耐酸性化学稳定性和高效的分离性能。

Fig 1. GO/CNTs复合膜制备过程示意图。

Fig 2. GO 含量对纯水通量和 GO/CNTs 复合膜对 7.5 mg·L^-1 MEB 溶液（GO 量为 0.1 mg）的分离性能的影响。

Fig 3. 纯 MWCNTs-COOH、原始 GO 和 GO/CNTs 复合膜的 XRD 图谱 (a)、相应的 d 间距 (b)、拉曼光谱 (c) 和水接触角 (d)。

Fig 4. GO、MWCNTs-COOH 和 GO/CNTs 复合材料的 FTIR 光谱。

Fig 5. GO/CNTs 复合负载量对 GO₂₀/CNT_s80 复合膜对 7.5 mg·L^-1 MEB 溶液的纯水通量和分离性能的影响。

Fig 6. 不同负载量的GO/CNTs复合膜的FESEM图像：0.35 g m^-2 (a~c)、1.40 g m^-2 (d~f)和3.50 g m^-2 (g~i)。

Fig 7. 具有不同类型 CNT (a) 和载体 (b) 的 GO₂₀/CNT_s80 复合膜对于 7.5 mg L^-1 MEB 溶液的纯水通量和分离性能。

Fig 8. GO₂₀/CNT_s80 复合膜对 7.5 mg L^-1 MEB 溶液的耐酸性的化学稳定性。

Fig 9. GO₂₀/CNT_s80复合膜五次循环测试后的XRD图谱。

相关研究工作由江西师范大学Xiao-Liang Zhang 课题组于2020年在线发表在《Journal of Water Process Engineering》期刊上，Carboxylated multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs-COOH)-intercalated graphene oxide membranes for highly efficient treatment of organic wastewater，原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2020.101901