由碳基材料-氧化石墨烯制成的薄膜，是一种优良的水溶液分子筛，但迄今为止，人们认为它们不能过滤有机溶剂。一个由英国，中国和西班牙组成的研究团队，现在已经发现，实际上这种薄膜对有机溶剂也具有渗透性，这得益于材料中存在的石墨烯短通道，大约1纳米宽，它们相互关联且随机分布。这一最新研究结果有助于化工、医药和石化行业净化和过滤技术的发展。
石墨烯是一种单层片状碳原子，它只有一个原子的厚度，其中，碳原子被排列在蜂巢状的晶格中。氧化石墨烯（GO）与普通的石墨烯类似，但表面覆盖着含氧基团，如羟基，氧化石墨烯片很容易堆叠在一起，形成极薄的，机械强度很强的薄膜。这些薄膜由数以百万计的，较小的薄片氧化石墨烯组成，在这些薄片之间存在纳米通道（或毛细管）。
2012年，由英国曼彻斯特大学Sir Andre Geim（2004年发现了石墨烯）领导的一个研究小组发现，除了水之外，石墨烯膜可以渗透所有的气体和蒸汽。事实上，Geim的团队发现，水会以极快的速度通过石墨烯膜，即使其它气体和液体被完全阻断。
HLGO完美的层状结构
到目前为止，人们认为氧化石墨烯对有机溶剂是不可渗透的，因为人们对其了解甚少。曼彻斯特Rahul Nair和Yang Su为首的研究人员，现在已经发现，超薄氧化石墨烯膜（即高度片层氧化石墨烯，或者HLGO）实际上是对有机溶剂具有极大的渗透性（如酒精），这是由于他们完美的层状结构。这个结果令人欣喜，因为有机溶剂使用的常规聚合物纳米滤膜（OSN），溶质分子难以从有机溶剂中分离出来，往往不是很耐有机化学品。而陶瓷无机膜用于制造业，成本高，效率低。
研究团队制作的HLGO膜表面光滑，二维纳米管大约10–20微米厚。这种薄膜可以非常薄（只有10纳米），而不会失去任何过滤特性。
HLGO薄膜是目前最先进的有机溶剂纳米膜
Nair解释说：“使用这些膜过滤多种有机染料分子（小至1 nm），甚至是溶解在有机溶剂中的苯环也可以，我们发现，他们只允许溶剂渗透，而是否阻塞染料分子取决于他们分子大小。可以看到，没有染料分子通过后，溶液的颜色是无色的，因为它不再含有任何染料分子，只包含溶剂。
为了使这种膜成为高效过滤器，它们需要溶液以高流速通过，而且它们也必须有一个精确的筛孔尺寸，他补充说。由于膜的独特结构，我们的氧化石墨烯膜满足了这两个标准。事实上，在染料分子截留与溶剂通量方面，我们的膜毫无疑问是最先进的。”
桥联孔让膜成为一个原子尺度的筛子
我们制作的膜具有独特的层状结构，每一层含有许多小孔，他告诉nanotechweb.org。“低于一个临界厚度，这些小孔会穿透膜，因此不能筛选什么。然而，厚度超过8 nm（或八层氧化石墨烯），这些石墨烯纳米通道大约为1nm，可以使膜成为一个原子尺度的筛子”。
研究人员说，考虑到这些膜对化学物质的抵抗能力，它们可以用于各种过滤应用。例如，他们可以收回小分子有机溶剂，或从多余的溶质分子中分离溶剂，”Nair解释。这给化学、制药和石化工业带来了新的应用。例如，在药品行业中，高质量的分离和浓缩过程是从稀悬浮液中获得高纯度产品的关键。这些过程增加了药物分子的生产成本，所以更有效的分离膜可能有助于降低成本。
研究团队的研究结果发表在Nature Materials杂志上DOI: 10.1038/nmat5025，他们正在为这种新型薄膜寻找其它测试方法和具体应用。
原文来自nanotechweb，原文题目为Graphene-oxide membranes filter organic solutions
