近日，先进膜材料与过程团队联合培养硕士研究生郑涛以第一作者在中国化工学会会刊《Chinese Journal of Chemical Engineering》发表题为“Two-dimensional graphitic carbon nitride for membrane separation”的综述论文。该论文得到了国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金面上项目和江苏省高等学校自然科学研究重大项目的支持。Chinese Journal of Chemical Engineering为中国化工学会会刊，由中国科协主管、中国化工学会和化学工业出版社有限公司共同主办、化学工业出版社有限公司出版的化工领域综合性英文学术期刊。

    石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种以3-三嗪环(基本结构单元)与叔氨基相连的具有片层结构的纳米2维材料，其具有独特的晶格缺陷结构与层层堆积结构，且片层边缘含有一定量胺基与亚胺基团，是一种较为理想的制膜材料。此外，g-C3N4纳米片相比较于石墨烯，片层中含有一定量的氮原子，作为官能团原子，在自组装过程中其与含氧溶剂发生的相互作用更强，有利于制膜的过程。该论文综述了g-C3N4在气体分离膜、渗透汽化膜、纳滤膜、反渗透膜、离子交换膜和催化膜中的应用，并分析了g-C3N4在相应膜中的强化传质机理，提出了g-C3N4在分离膜中应用存在的问题和发展方向。

    该论文还总结了本课题组在g-C3N4渗透汽化复合膜方面的研究进展，课题组从制约渗透汽化膜发展的“上限平衡”问题（传统高分子的易溶胀及渗透性和渗透选择性的“trade-off”效应）出发，从g-C3N4的剥离及其机理出发，以高分子渗透汽化脱水膜的典型材料PVA和乙醇/水混合物体系为模型体系，选择2维纳米g-C3N4为填充剂，并以其为骨架进一步功能化修饰，然后填充到PVA基质中。通过调节有机-无机的界面相互作用制备系列有机-无机杂化纳米复合膜，达到解决高分子膜“trade-off”效应的目的，同时探索有机-无机杂化复合膜的微观结构、高分子和无机纳米材料特性等对复合膜宏观分离性能的影响。通过大量的实验研究，取得了较全面的实验数据，完成了有关研究工作，达到了预期目的，为促进 PVA渗透汽化膜在有机溶媒脱水领域的高效规模化应用奠定基础；通过分子动力学（MD）模拟研究研究，发现水分子与g-C3N4纳米片之间形成的氢键影响水在这些纳米片上的渗透，g-C3N4纳米片的层状结构在乙醇和水的分离中起着重要作用，且在限域空间内，乙醇分子的羟基更靠近片层，片层与乙醇的相互作用更强，分子受周围的水分子的影响更小，活动更自由。其于此，提出了g-C3N4片层狭缝扩散分离机理，对研究二维氮化碳强化水传递的机制提供了新的思路。

    课题组在该领域相关研究成果发表在Journal of Membrane Science（IF=8.742，1区）、Separation and Purification Technology（IF=7.312，1区）、Chemical Engineering Science（IF=4.311，2区top）、European Polymer Journal（4.598 ，2区）、Nanoscale Research Letters（IF= 4.703，2区）上、Journal of porous materials （2.496，3区）等主流国际期刊上。

    文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1004954121000653