据中国化学工程学报微信公众平台2019年7月19日讯 面对日益严峻的水资源短缺问题，通过工业废水处理和海水淡化获取淡水资源是解决水危机的有效路径。膜分离技术由于分离过程无相变、低能耗、环境友好等优势而被广泛用于水处理领域。有机－无机复合膜兼顾有机膜低成本、易加工和无机膜机械强度高、抗污染能力强的优点，在分离膜材料研发中表现突出的优势。氧化石墨烯（GO）作为石墨烯的衍生物是一种无机二维纳米材料，单原子层厚度的特性使其具有良好的成膜性，堆叠形成的微纳米尺度分离通道为水的传输提供有效路径，同时为截留溶质提供了关键的能量势垒。此外，GO基底和边缘处负电性含氧官能团增强对带电溶质的道南效应。因此，GO复合膜在水处理及脱盐过程中展现了优异的分离性能。张宁、祁文旭、黄丽莉、姜恩、鲍军江、张晓鹏、安百钢、贺高红等人发表的《氧化石墨烯膜结构调控及改性强化其水处理分离性能及鲁棒运行能力（Review on Structural Control and Modification of Graphene Oxide-Based Membranes in Water Treatment: from Separation Performance to Robust Operation）》一文中系统地综述了GO复合膜材料的结构调控、性能（水通量和截留率）提升、稳定性改善、抗生物污损能力增强等方面的进展。
　　首先，膜的水通量和截留率是评价膜的关键技术指标，但二者又受制于trade-off效应。鉴于此，本文重点介绍了两种GO复合膜材料调控方法：（1）纳米颗粒插层法，在保证截留性能的同时通过调节GO层间距以强化膜渗透能力。例如，TiO2、SiO2、Fe3O4等纳米颗粒颗实现GO层间距的扩撑，同时也可与溶质产生相互作用实现截留性能的同步提升；还原氧化石墨烯、碳纳米管及氧化碳纳米管、MOF及功能化MOF的插入可形成水快速传输的通道，同时仍具有对离子和小分子的截留能垒。（2）功能化基团接枝法，通过调控GO表面化学性质改善GO复合膜的分离性能。例如，两性离子支链为常见的接枝材料，其双亲性既可以实现水通量和截留率性能同时提升。
　　其次，GO片上丰富的亲水性官能团是导致GO膜水溶胀破坏的主要原因，这限制了此种膜材料的长期运行。针对该问题，本文介绍了化学交联法和物理约束法解决GO膜材料水溶胀问题的研究进展。化学交联法是利用交联剂与GO中含氧官能团反应并生成化学键，实现相邻GO片层间的化学键联接。根据交联目的不同，常用交联剂有：（1）乙二胺、丙二胺、丁二胺、邻苯二甲胺、间苯二甲胺、尿素等，可实现与GO中环氧基或羧基的交联反应；（2）单宁酸、茶氨酸等氨基酸类交联剂，可实现与GO中羟基或羧基的交联反应。物理约束法主要是利用外加作用力限制GO层溶胀，如：GO混入前驱体溶液后进行界面聚合可使GO层限制在选择性分离层内；利用粘黏剂使GO堆叠结构固定于环氧树脂基底的缝隙中。上述方法均得到了在水环境中结构稳定的GO分离膜。
　　最后，针对GO膜性能受细菌污染而导致水通量和截留率性能衰减的问题，本文主要介绍了利用银基纳米材料、MoS2、ZnO2等插入GO层中，产生的过量化学活性氧可攻击细菌的细胞膜而扰乱其跨膜转运功能、攻击呼吸酶而抑制三磷酸腺苷的产生、攻击蛋白质并破坏其生理功能、攻击mRNA而扰乱其转录、攻击DNA而阻碍它的复制。通过对细菌多方面的功能性破坏可有效增强GO膜材料的抗细菌污染能力。

GO膜材料水处理性能、稳定性及抗生物污染能力的强化策略

　　针对GO复合膜在水处理应用过程中出现的主要问题（即：水通量与截留率间的trade-off效应、水溶涨不稳定性以及细菌污染等），本文系统综述了相关的解决措施，并比较了不同方法的优缺点，以期为研究者在进行GO膜材料用于水处理过程中提供依据和指导。

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