疏水烷基链修饰多孔氧化石墨烯-PEBA混合基质膜用于高效丁醇/水渗透汽化分离

本文创新性地通过化学蚀刻法制备多孔氧化石墨烯(PGO)，并共价接枝十二烷基苯胺构建具有面内-层间双传输通道的C12H-PGO/PEBA混合基质膜(MMMs)。该膜在40°C下较纯PEBA膜分离因子提升25.4%，渗透通量提高106.9%，GCMC和MD模拟揭示了烷基链修饰可增强丁醇亲和性并抑制水分子扩散，为生物燃料分离膜设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过温和化学蚀刻法制备多孔氧化石墨烯(PGO)，并创新性地采用"区块链"修饰策略将4-十二烷基苯胺共价接枝于PGO表面，成功构建具有面内孔道和层间扩距双传输通道的C₁₂H-PGO/PEBA混合基质膜。长链烷基的引入不仅将PGO层间距从0.82 nm拓展至1.24 nm，还显著增强了材料疏水性（水接触角从38°提升至112°）。

Materials

氧化石墨烯(GO)购自南京先丰纳米公司，聚醚嵌段酰胺(PEBA 2533)源自阿科玛集团，4-十二烷基苯胺等试剂购自国药化学试剂公司。

Fabrication of PGO and C₁₂H-PGO

将200 mg GO分散于含5 mL H₂O₂/NH₃·H₂O混合溶液（体积比1:1）中，45°C反应特定时间制备PGO。随后通过酰胺化反应将十二烷基链嫁接于PGO缺陷位点，获得C₁₂H-PGO纳米片。

Adsorption simulation

基于Material Studio的GCMC模拟显示：原始GO对水的吸附量高达4.8 mmol/g，而C₁₂H-PGO对丁醇的吸附选择性提升3.2倍。分子动力学(MD)轨迹分析表明，烷基链修饰使水分子扩散系数降低67%，而丁醇扩散速率提高2.1倍。

Conclusion

C₁₂H-PGO/PEBA膜在2.5 wt%丁醇水溶液分离中展现卓越性能，其渗透通量达1.21 kg·m^-2·h^-1，分离因子达36.8。该研究为开发新一代生物燃料分离膜提供了理论指导和材料设计范式。