1.前言

膜分离技术是当代新型高效分离技术，是多学科交叉的产物，也是化学工程学科发展的新增长点。膜分离技术具有高效、节能、过程易控制、操作方便、环境友好、便于放大、易与其他技术集成等优点，在能源、电子、石化、食品、医药、环境等各个领域有着广泛应用，例如应用于纯净水、海水淡化和人工肾透析等^[1]。

在当今世界能源短缺、水资源匮乏和环境污染等问题日益突出的背景下，膜分离技术已经成为推动国家支柱产业发展、改善生存环境、提高生活质量的重要技术之一。其中，石墨烯（graphene）作为一种具有单原子厚度的二维蜂窝状晶格结构的碳材料，以其优异的机械性能、超大的比表面积及超薄的分子厚度，是高分离性能膜材料。氧化石墨烯^[2]（graphene oxide, 简称GO）作为石墨烯重要的衍生物，其表面有大量的含氧官能团，不仅具有良好的亲水性，同时具有易化学改性的优势^[3]。

2.石墨烯材料简介

石墨烯是厚度仅为一个碳原子的二维晶体碳材料^[4]。完美的石墨烯表面无缺陷，二维晶体结构中，每个碳原子和其他三个碳原子之间通过σ键紧密相连，剩余一个未成键的π电子之间能形成一个离域大π键^[5]。层状结构的石墨烯薄膜中石墨烯纳米粒子以水平方向相互堆叠，片层中间形成相互贯通的二维纳米通道，这些通道起到体积排阻效应，能够允许一定大小的分子或离子进入，而排斥其他大尺寸物质进入。石墨烯结构特点赋予其优异的性质，例如超高的理论比表面积（2.6#215;10³ m²/g）^[6]、优异的导热性能（3#215;10³ W/(m#183;k)）^[7]、突出的力学性能（1.06#215;10³ GPa）^[8]、优异的导电性（室温下的电子迁移率高达1.5#215;10⁴ cm²/(V#183;s) ^[9]）等。石墨烯以其突出的性能，广泛应用在物理、化学、材料等领域。

石墨烯中仅存在由碳原子组成的共轭六元环结构，这样规整的晶体结构使其具有很强的化学惰性，而且石墨烯纳米粒子之间存在较强的范德华力和π-π作用力，在水溶液和有机溶液中的分散性很差，容易在溶液中发生聚集沉降且难以重新剥离分散，难以直接加工利用。

氧化石墨烯是石墨烯最常见的一种衍生物，它是由石墨烯经过化学氧化处理而成的。一般来说，氧化石墨烯能够稳定分散在水中，随着浓度的变化，形成亮黄色至深棕色的胶体溶液。与石墨烯一样，氧化石墨烯也是一种纳米碳材料，呈单片层状态，但如今还没有它的准确的结构式，因为氧化石墨烯的制备方法有很多，比如Staudenmaier法^[10]、Brodie法^[11]、Hofmann法^[12]、Hummers法^[13]以及Tour法^[14]等，不同的制备方法和石墨原料会导致氧化石墨烯的结构的不同^[15]。它表面富含含氧官能团，能够克服粒子之间的范德华力和π-π作用力，易分散在水溶液和多种有机溶液中^{[16] [17]}，具有良好的加工性能。同时，氧化石墨烯表面的含氧官能团，赋予其优良的化学性质，易被化学改性，构建出不同的新型材料。另外氧化石墨烯制备工艺简单，成本低廉，适合于大规模生产。

近年来，氧化石墨烯材料发展十分迅速，将氧化石墨烯制备成分离膜可应用于有机水溶液分离，目前已有研究表明氧化石墨烯膜具有很大的水通量，可作为分离膜，并且具有很好的渗透性和选择性，在有机溶剂脱水、水中脱除或回收有机物和有机混合物分离等方面具有广阔的应用前景。

3.膜分离作用原理简介

3.1基本原理及特点