分离膜

该工作首先回顾了二维（2D）材料在构筑高性能水处理膜方面的有效策略；随后总结了二维纳米片膜（2DNMs）及二维材料改性聚合物膜（2DNMPMs）在去除持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素和微塑料等新兴污染物（ECs）方面的研究进展；最后提出了此系列高性能膜对ECs的多重分离机制和耦合去除机理，并指明了该领域当前面临的挑战以及未来的发展方向。

当前限制二维材料膜广泛应用的挑战包括从块状晶体中剥离高纵横比和完整的纳米多孔单层，以及在石墨烯纳米片中钻出均匀、高密度、大面积、亚纳米级孔的可用技术有限，同时如何将这种原子膜缩放到适用的分离装置中也是待解决问题。为了应对这些挑战，未来的方向可能会集中于探索新兴的二维材料膜平台，包括已经在其他相关领域取得成功的新型二维材料。

本研究通过引入带正电的表面活性剂-十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）来制备层状复合氧化石墨烯（CGO）膜（图1a）。CTAB通过静电相互作用在GO表面垂直和水平排列，调控GO纳米片的层间距，可使其从8.26 Å增加到16.97 Å。图1c-e展示了CTAB的分子结构以及其在GO层间可能的插层方式。

那么，“杯子淡化海水”的奥秘是什么？其实，原理很简单——它内部采用了特殊的氧化石墨烯膜，能够有效阻挡并过滤盐离子，同时允许水分子通过。

本研究使用一种新型AP-POSS分子插层修饰到GO膜中，从而构建了一种层间结构与传质特性可调节的GO/POSS膜。相比原始GO膜，GO/POSS膜厚度略有提升、亲水性和电负性增强。在较低的AP-POSS负载下即可支撑相邻的GO纳米片，从而增加GO的稳定性并减少GO膜表面褶皱的形成，使膜表面更光滑。

近年来，机器学习（ML）和分子模拟改变了传统膜材料的研发模式。该研究采用ML辅助设计离子化GO膜，建立了包括温度、化学基团、离子负载量、离子大小和电荷等描述符与膜性能之间的多变量预测模型。

扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)分析结果表明，较高的制备pH会导致氧化石墨烯层更厚，并且由于氧化石墨烯的羧基去质子化而导致d-间距增大。此外，pH辅助下，聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯(GO)薄片之间的交联得到了促进，化学分析结果表明，在酸性环境下，主要反应是在基面上形成C-N键，而在碱性条件下，在边缘形成N-C=O(酰胺)键更为普遍。反过来，这相应地改变了SEM和XRD的趋势，在较高的制造pH下，由于掺入PEI的胺基的去质子化，可观察到更薄的GP层和更小的d-间距。

我们证明了还原GO（rGO）膜可以使用过乙酸（PAA）进行原位以简便改性流程，从而在保留染料阻隔性的同时显著提高透水性。具体来说，PAA改性的GO膜（PrGO）的合成方法是将肼还原的rGO纳米片材真空过滤到尼龙基底上，然后将其暴露在PAA溶液中。