神奇纳米滤膜登上CEJ，便携式原子力显微镜助力材料三维表征！

文章名称：Metal-organic framework-intercalated graphene oxide nanofiltration membranes for enhanced treatment of wastewater effluents

期刊：Chemical Engineering Journal IF 15.1

文章DOI：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150207

【引言】

水是地球上尤为珍贵而又不可或缺的资源之一，对于人类的健康和发展至关重要。然而，水资源可能受到来自工业排放物、城市废水和农业废水等方面的污染，因此我们亟需有效的水资源净化技术，去除水中的有害污染物，提高农业和工业的用水质量。基于膜过滤的水净化技术是一种十分有前景的水处理方法。其中，纳米过滤（NF）技术由于在水净化方面所显示出的巨大潜力，引起了学术界和工业界的广泛关注。

【成果简介】

近日，丹麦奥尔堡大学联合山东硅元新材公司提出基于沸石咪唑盐框架（ZIF-8）-氧化石墨烯（GO）中间层的一种新型纳米过滤薄膜。所制备出的GO/ZIF-8（GZ）纳米过滤膜展示出了优异的亲水性和优秀的污水净化能力。与原有的GO过滤膜相比，GZ纳米滤膜拥有更好的抗污性，同时保持相当的盐和有机物的截留率。通过对3种不同工业废水过滤的实验结果来看，GZ纳米过滤膜能够在错流过滤中保持高的稳定性。相关研究内容以《Metal-organic framework-intercalated graphene oxide nanofiltration membranes for enhanced treatment of wastewater effluents》为题，发表于国际SCI期刊《Chemical Engineering Journal》上。

值得注意的是，本文使用ICSPI公司研发的便携式芯片原子力显微镜nGauge对GO和GZ的表面形貌进行了表征。便携式芯片原子力显微镜nGauge具有小巧灵活、方便携带，操作简单，扫描速度快，可扫描大尺寸样品，一个针尖可以进行上千次扫描，无需维护、无需减震、超级稳定等优点，不仅适用于科学研究、高等教育、工业检测等领域，对户外和非实验室获得原子力显微镜(AFM)表征的用户也非常友好，极大的拓宽了传统AFM的应用范围！

ICSPI公司便携式原子力显微镜(AFM)，左）Redux   AFM; 右）nGauge

【图文导读】

图1. GZ过滤膜的结构和过滤过程示意图。

图2. （a）ZIF-8纳米颗粒的SEM表征结果。（b）GO的SEM表征结果。（c）GZ纳米过滤薄膜的XRD表征结果。（d）GZ纳米过滤薄膜的FTIR表征结果。GZ后的数字为GO和ZIF-8的质量比例。

图3. 不同GO和ZIF-8质量比例下的GZ膜的表面和截面的SEM表征结果，纯GO(a-b)；GZ9-1（c-d）；GZ7-3（e-f）；GZ5-5（g-h）。

图4. 利用nGauge便携式AFM所表征的GO和GZ的表面形貌结果，(a) GO; (b) GZ9-1; (c) GZ7-3; (d) GZ5-5; (e) GZ3-7; (f) GZ1-9。

图5. （a）水的接触角随着不同ZIF-8含量的变化。（b）不同ZIF-8含量的薄膜在不同PH值下的zeta电位的变化。

图6. 用所制备的GZ薄膜对印刷行业的废水进行过滤的对比结果。（a）总有机碳量的减少结果。（b）离子截留率。（c）过滤前后的印刷工业废水的UV–Vis表征结果。（d）原始废水，经过基底材料和经过GZ纳米过滤膜过滤后废水的对比。

【结论】

从论文中可以看出，研究人员通过简单的涂覆法制备了GO/ZIF-8纳米过滤膜。由于将适量的ZIF-8添加到GO的基材中，使得制备出的过滤膜在通量和选择性方面有着明显的提高。通过实验结果可以看出，所制备的GZ膜可以进行多次洗涤，可重复使用。GZ纳米过滤膜的成功制备，为工业和农业废水的高效，无害化处理提供了新的解决途径。