通过聚吡咯、聚乙烯亚胺和氧化石墨烯共沉积增强阴离子交换膜实现高效氯去除

本综述系统探讨了利用聚吡咯(PPy)、聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯(GO)共沉积技术强化阴离子交换膜(AEM)性能的创新策略。研究通过纳米材料协同效应显著提升膜材料的氯离子选择性吸附能力与导电性，为水处理领域提供了新型膜设计范式，对解决高氯废水处理难题具有重要工程应用价值。

　　

Highlight

本研究通过创新性地将聚吡咯(PPy)、聚乙烯亚胺(PEI)和氧化石墨烯(GO)进行共沉积改性，成功开发出高性能阴离子交换膜。该膜展现出卓越的氯离子传输效率和选择性，其表面zeta电位显著降低至-35mV，接触角减小至45°，证实了膜亲水性与离子交换容量的同步提升。傅里叶变换红外光谱(FTIR)在1640cm^-1处出现特征峰，证实了季铵基团的成功引入。X射线光电子能谱(XPS)分析显示N1s谱图中季氮(N⁺)比例达38.5%，为阴离子传输提供了丰富活性位点。

Methodology

采用电辅助共沉积技术在基底膜表面构建三维网络结构。通过调控吡咯单体浓度(0.1-0.3M)、PEI分子量(600-70,000Da)和GO掺杂量(0.5-2wt%)优化膜性能。采用循环伏安法实时监测沉积过程，在0.8V出现明显氧化峰，表明导电聚合物链的成功聚合。膜结构通过扫描电子显微镜(SEM)表征，显示形成均匀的纳米级褶皱结构，有效增加了比表面积。

Transport Mechanism

研究揭示了"跳跃式传输"与"离子通道协同"的双重机制：PEI提供的阳离子基团形成主要传输通道，GO纳米片层间域为离子创建快速通路，PPy导电网络则增强了电子转移效率。同位素示踪实验证明氯离子在改性膜中的扩散系数提升至2.3×10^-8cm²/s，比传统膜提高两个数量级。

Antifouling Performance

改性膜表现出优异的抗污染特性，牛血清蛋白(BSA)吸附量降低至12μg/cm²，通量恢复率可达92%。这归因于GO引入形成的物理屏障效应和PEI带来的表面亲水化作用，有效抑制了有机污染物在膜表面的沉积。

Application Assessment

在电渗析脱盐实验中，改性膜显示出去氯效率达98.5%，能耗降低30%。连续运行120小时后仍保持89%的初始通量，显著优于商业膜(45%通量保持率)。该技术为高盐废水处理和资源回收提供了新解决方案。

Conclusion

该研究通过分子设计实现了膜性能的突破，建立的"结构-性能-应用"关联模型为下一代分离膜开发提供了理论指导。多功能协同改性策略不仅适用于水处理领域，在燃料电池隔膜和生物分离介质方面同样具有应用潜力。