研究:石墨烯上的“纳米海绵”可成为工业废水的高效过滤器

摘要:

维也纳大学的工程师们开发了一种新的复合材料,可以有效地过滤掉水中的有机污染物。该系统使用嵌入石墨烯片上的超多孔“纳米海绵”。

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新过滤器的关键是一类叫做共价有机框架(COFs)的材料。这些结构是非常多孔的,使它们在很小的空间内拥有巨大的表面积,这意味着它们能有效地抓住大量的分子。被称为金属有机框架(MOFs)的相关材料正被研究用于碳捕获、海水淡化或从稀薄的空气中提取饮用水,而COFs可能具有一系列类似的功能。

在这项新的研究中,研究人员专注于使用COFs来去除水中的有机染料。这些化学品是工业废水的常见污染物,可能具有毒性和致癌性--更不用说难以去除。

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该团队调整了COFs,使其有选择地抓住有机染料分子。这涉及到使孔的形状和大小合适--在0.8和1.6纳米之间--并使其表面带负电,以吸引带正电的染料分子。

但是还有一个障碍需要克服。当这种材料以粉状形式使用时,外缘的孔隙首先被分子填满,而中间的孔隙则是空的,基本上没有用处。因此,该团队开发了一种方法,通过在石墨烯薄片上种植COFs来分散它。

最终的结果是在石墨烯的单原子层上形成了两纳米厚的COFs层,这增加了该材料容纳有机染料分子的最大容量。石墨烯本身具有相当大的孔隙,允许水快速流过,同时COFs发挥其作用。

研究人员表示:“因此,石墨烯网络的大孔与超薄的COFs层及其大量的吸附点相结合,能够实现特别快速和高效的废水处理。”

研究小组表示,这项技术应该也是相当便宜的。不需要使用太多的石墨烯,而且COFs可以被清理出来并重新使用。

该研究发表在《Angewandte Chemie》杂志上。

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