石墨烯氧化物用於油水分離膜的先期研究_濾膜 (#56*) *規劃中

2015-7-3

基本上只要能讓層數減到 10層以內，表現出石墨烯獨特的性質，就依照層數多寡，分別稱為單層石墨烯、雙層石墨烯與多層石墨烯。坦白說，我對石墨烯海綿感到有興趣是源自浙江大學高分子系高超教授的課題組。但後來才發現他們也不是原創者，不過倒延伸對油水分離材料的注意。於這些令人振奮的實驗的結果給解決自然環境中不幸的原油泄漏事件帶來了新的希望，同時這項技術也可以應用於許多常規污水處理和工業分離領域。

這篇談到濾膜類應用技術的油水分離膜。清華大學材料工程系戴念華教授經過測試，發現當材料表面塗上石墨烯後，果然有疏水親油的特徵。戴教授認為這是由於石墨烯的表面上有許多特殊的微米與奈米尺度結構的凸出物，讓水滴在塗布面上有比較小的接觸面積。石墨烯疏水的特性讓水在其表面上不容易散布開來而凝成球狀，這就是一般熟知的蓮葉效應。 為了印證石墨烯疏水親油的特性，戴教授把市售的一般海綿浸入含有石墨烯的溶液中，把海綿烘乾後，原本的骨架上會附著許多石墨烯，因而把吸油也吸水的海綿，轉變為吸油不吸水的特殊海綿。當這種特殊海綿靠近水面上的油漬時，瞬間就把油漬吸走。除了吸油不吸水的特性外，這種海綿也可吸收在水中呈兩相分離的有機溶劑。經過這樣特殊處理的海綿具疏水性，不會吸水，吸入的液體以油類或有機溶劑為主，吸入的油類或有機溶劑可以很容易回收使用或分離。

這種特殊海綿可以吸收自身重量幾十倍到上百倍的油或有機溶劑，戴教授覺得可以用來清除海面上的浮油，對環境保護有實質的幫助。而這種吸油海綿可以重複使用嗎？在把海綿擰乾擠出油時，塗布的石墨烯也會脫離海綿骨架，造成海綿疏水親油特性的劣化。因此，戴教授在石墨烯表面塗布一層聚二甲基硅氧烷硅膠，把塗布的石墨烯固定在海綿骨架上，海綿擰乾時石墨烯不會隨油流出，就可重複使用了。

nn另外，在 Ruoff的實驗中，通過減小石墨烯氧化，隨後施加水熱成型過程使材料達到具有高表面積的形態，製備得到海綿狀結構的石墨烯。研究者們隨後通過利用這種材料去除人工海水中許多商業石油產品（包括煤油、泵油、油脂和有機溶劑等）來檢驗其吸油性能。實驗結果表明，石墨烯海綿材料吸收了超過其本身重量 86倍的油污，超過其他任何常見吸收劑的吸油能力。其吸收的碳氫化合物隨後通過簡單地加熱回收，回收率能達到 99 %。通過這一過程，石墨烯海綿可以重新生成，並且重複使用 10次以上，其性能絲毫不會下降。
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