低成本rGO-TiO2-pPD复合陶瓷膜的协同策略：GO还原、插层与交联协同提升染料废水过滤性能

本文开发了一种基于还原氧化石墨烯（rGO）的低成本陶瓷膜，通过协同还原（rGO）、二氧化钛（TiO2）插层和对苯二胺（pPD）交联策略，显著提升膜的抗溶胀性、亲水性和渗透通量（20.8 L h?1 m?2 bar?1），对多种染料（如直接红80、罗丹明B等）截留率达93%-97.8%，兼具优异抗污染性和长期稳定性，为纺织废水处理提供经济高效的解决方案。

　　

Highlight

本研究通过创新性协同策略开发了低成本高性能陶瓷复合膜：同步还原氧化石墨烯（rGO）与二氧化钛（TiO₂）插层（5-15 wt%）增强稳定性，再经对苯二胺（pPD）交联修复层状结构。优化后的rGO-10Ti/P膜展现"三高"特性——高截留（直接红80达97.8%）、高通量（20.8 L h^?1 m^?2 bar^?1）、高抗污性，12小时连续过滤性能无衰减。

材料与方法

rGO-xTi/P膜制备

• 预处理：TiO₂经水热处理活化（附图S1）

• 协同改性：水热法同步实现GO还原与TiO₂插层（图1a），通过环氧硅烷嫁接技术将复合层牢固键合到高岭土陶瓷支撑体上，成本仅18.6美元/m²

化学结构表征

FTIR分析显示（图2a）：

• GO特征峰：环氧基C-O（1220 cm^?1）、羧基C=O（1730 cm^?1）

• rGO-10Ti/P新增Ti-O键（500-700 cm^?1）和交联产生的C-N键（1350 cm^?1），证实"还原-插层-交联"三位一体改性成功

结论

该膜突破传统GO膜溶胀难题，通过：

1. 还原：减少含氧基团抑制水分子吸附

2. 插层：TiO₂补偿亲水性并提升光催化潜力

3. 交联：pPD共价键固定层间距

   形成"高岭土基体+rGO-TiO₂-pPD活性层"的黄金组合，为纺织废水处理提供兼具经济性（成本<20美元/m²）与高性能的绿色解决方案。