近日，我院工業廢水資源化與無害化國家工程研究中心研究團隊在國際知名水處理刊物Desalination (影響因子9.9)上，以“Robust KOH-thiourea-graphene oxide cross-linked membranes for desalination”為題發表了最新研究成果。該文章報道了一種在堿性環境下利用硫脲（TU）的交聯作用結合 K+-π 的強相互作用的策略實現對一價鹽高截留率的同時獲得更高的水流量的穩定的氧化石墨烯膜🎹。該膜在工業化方面有很好的前景，也為未來海水淡化帶來了新的思路和解決方案。

清潔🤦🏼‍♀️、高效、低能耗的海水淡化技術是解決全球淡水匱乏問題最有前景的方法之一。膜分離技術，被譽為海水淡化的“芯片”，以其節能降耗、操作簡單🦸、適用廣泛等眾多優勢，在海水淡化、汙水處理等領域備受青睞🏃🏻‍♂️。近年來🤌🏼，石墨烯類二維材料以其優越的物理化學性能和均一的孔結構🤛，在膜分離材料中逐漸嶄露頭角📙，顯示了在海水淡化等領域的應用價值🧑🏻‍🦼。其中📊🧑‍🦯，氧化石墨烯（graphene oxide, GO）膜以其高親水性、高比表面積以及高機械強度等特性，受到了廣泛的關註[Science 2012, 335, 442🧑🏽‍🌾；Nature 2017, 550, 380🦒🙇🏼；J. Membr. Sci. 2021, 635, 119437；Nat. Commun., 2023, 14, 1016]🍯。然而🧘，在應用層面📫，氧化石墨烯膜仍然面臨著一些問題和挑戰，如結構穩定性差，對小分子物質（如一價鹽）的截留不足、水通量和截留之間的權衡等👨🏼‍🌾。因此，如何提高氧化石墨烯膜的脫鹽性能和結構穩定性🗺🏄🏿‍♀️，尤其是在壓力過濾條件下脫鹽性能和結構穩定性，是一個亟待解決的研究問題🐡👩🏼‍🎨。

該論文通過在堿性環境下利用硫脲的交聯作用結合 K+-π 的強相互作用來製備KOH 處理的TU交聯氧化石墨烯（TU-GO-KOH）膜，以有效截留一價Na+並提高氧化石墨烯膜的穩定性。TU 被用作交聯劑👱🏼‍♀️🗽，堿性環境（KOH 溶液）在有效促進交聯反應中發揮了關鍵作用，由於 K+-π 相互作用(Nature 2017, 550, 380)，K+ 進入TU交聯氧化石墨烯膜，從而有效固定並同時控製膜層間的間距。共價鍵策略與 K+-π 的強相互作用的結合為排斥鹽溶液中的小尺寸離子提供了獨特而穩健的二維納米通道，如圖1所示🚴🏻‍♀️🌝。

圖 1. KOH 溶液處理的TU 交聯氧化石墨烯膜通道構建及性能示意圖

        實驗結果表明👨‍👩‍👧‍👦，本工作製備得到的TU-GO-KOH 膜實現了相對較高的水通量（∼14.2 L m-2 h-1）和較高的 NaCl 截留率（∼86.3%）。這些性能超過了文獻中報道的大多數氧化石墨烯膜和商業膜的納濾性能。更重要的是，製備的 TU-GO-KOH 膜還具有長期穩定性（達168 h），即使在各種惡劣環境（高壓⛹️‍♂️、超強聲波以及強酸和強堿）下也具有出色的結構穩定性，這為在惡劣條件下進行海水淡化處理帶來了巨大前景。此外，TU-GO-KOH 膜在拉伸強度測試中顯示出更強的機械性能。總之，TU-GO-KOH 膜優秀的海水淡化性能和顯著的穩定性使其在可持續海水淡化和廢水處理具有很大的潛力，具有良好的工業化應用前景，可用於開發各種先進的可持續提供清潔水資源的分離膜材料。

圖 2. (a) GO、TU-GO 和 TU-GO-KOH 膜對 NaCl 和 Na2SO4 溶液的截留性能

     (b) TU-GO-KOH 膜在不同NaCl 濃度下（50 - 1000 mg L-1）的納濾性能

     (c) TU-GO-KOH 膜在 500 mg L-1 NaCl 溶液中錯流長期運行穩定性測試

               (d) TU-GO-KOH 膜在300 W 功率超聲波處理前後對 500 mg L-1 NaCl 溶液的納濾性能比較

        我院工業廢水資源化與無害化國家工程研究中心梁珊珊副教授是該論文唯一通訊作者🤥，2022級博士研究生楊如傑是第一作者，工作得到了中心方海平教授的悉心指導和幫助。

該工作得到國家自然科學基金 (12004110, 12074341, 11974366, 12147169, 12004109)、中央高校基本科研業務費專項資金的資助支持，並得到上海光源BL06B線站的支持。

論文鏈接😐：https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117019