双极膜电渗析由葡萄糖酸钠制备葡萄糖酸的实验研究

第37卷第1期 2017年2月膜科学与技术M E M B R A N E S C IE N C E A N D T E C H N O L O G YV o l. 37 No. 1Feb. 2017双极膜电渗析由葡萄糖酸钠制备葡萄糖酸的实验研究王伟口，傅荣强口*，刘兆明u(1.山东天维膜技术有限公司，潍坊261061; 2.山东省荷电高分子膜材料省级重点实验室，潍坊261061)摘要：采用装配自产双极膜和阳膜的两隔室双极膜电渗析装置，研究了将10%(质量分数）葡萄糖酸纳溶夜转化为葡萄糖酸的实验过程.双极膜电渗析过程可使葡萄糖酸钠溶液电导率降低到3 mS/cm，实现超过95%转化率；随着料液中葡萄糖酸钠浓度的逐渐降低，电流密度、电流效率、产酸量均逐渐下降，而产酸能耗逐渐升高.随着膜对电压的升高，电流密度和产酸量均增加，产酸能耗也增加；膜对电压分别为1. 3、1. 5和1. 8 V时对应的电流密度为206、278和340 A/m2，对应的产酸量为56、73和98 m ol/(m2 .h)，对应的产酸直流能耗为48、55和62kW .h/km o l;膜对电压的升高导致了较低的资本支出和较高的运营支出，最佳的膜对电压取决于总支出的最小化；当采用膜对电压为1.5 V时第1年的总支出最小，但随后年份中膜对电压1.3 V时的总支出最小.关键词：双极膜；电渗析；葡萄糖酸；离子交换中图分类号：T Q028.8 文献标志码：A文章编号：1007-8924(2017)01-0107-07doi：10. 16159/ki.is s n l007-8924. 2017. 01. 017葡萄糖酸是一种重要的工业原料，可用于医药 工业生产葡萄糖酸衍生物作为营养强化剂及药用补 充剂，可用于食品工业作为酸味剂、豆腐凝固剂以及 防止乳品中乳石沉淀，也可用于配制清洗剂、织物及 金属加工的助剂、皮革矾鞣剂、金属除锈剂、混凝土 塑化剂、生物降解的螯合剂及二次采油的防沉淀剂 等，具有广泛的应用[1_3].葡萄糖酸是由葡萄糖酸钠 经氢型阳离子交换树脂置换钠离子而得，葡萄糖酸 钠的工业生产有均相化学氧化法、电解氧化法、多相 催化氧化法和发酵法等.均相化学氧化法采用次氯 酸钠氧化法生产葡萄糖酸钠，转化率高，但中间步骤 多，副产物多，成品含有氯化钠.电解氧化法能耗大，不易控制，因此工业化生产中很少采用.多相催化氧 化法工艺简单，反应平稳，易于控制，反应条件温和，但该技术采用稀有金属钯/碳作为主要催化剂，价格昂贵，催化剂循环使用后容易失活，催化效率下降，目前已基本被发酵法取代.我国葡萄糖酸钠工业化 生产普遍采用的是黑曲霉菌发酵制葡萄糖酸钠工 艺，在葡萄糖溶液中加入无机盐、氮源和黑曲霉种子 液后进行发酵;发酵过程中流加氢氧化钠控制发酵 液p H在5. 0〜5. 5,通过循环水控制发酵温度在 35〜38 菌体与发酵液分离后，发酵液经真空浓缩、结晶后可得葡萄糖酸钠晶体，或经喷雾干燥后制 得葡萄糖酸钠粉状产品.葡萄糖酸钠转化为葡萄糖 酸的传统生产工艺是离子交换法，即葡萄糖酸钠溶 解后，经H型阳离子交换树脂转化为葡萄糖酸，再 经真空浓缩、结晶、干燥，即得到葡萄糖酸产品.离子交换工艺中[4]，阳离子交换树脂交换饱和 后必须再生才能继续使用，一般通过硫酸再生;该过 程不仅耗费大量酸，同时还产生大量高COD含盐收稿日期：2016-03-12;修改稿收到日期：2016-10-12基金项目：国家高新技术研究发展计划(863)项目（2015A A021001);山东省2013年泰山学者蓝色产业领军人才团队支 撑计划项目第一作者简介：王伟（1986-),女，山东省潍坊市人，硕士，助理工程师,从事电渗析过程开发.*通讯作者，E-maU: rongqiangfu@• 108 •膜科学与技术第37卷废水，COD高达8000mg/L，含盐高达30000mg/L，该废水难以处理.为此，基于生产过程清洁化和工业可持续发展的要求，人们提出采用双极膜电渗析技术替代离子交换工艺[5_6].双极膜是一种具有特殊功能的离子交换膜，由阴膜层和阳膜层复合而得，在电场作用下能够解离水生成H+和OH勹当双极膜与阴、阳离子交换膜组合使用，形成电渗析设备，就可以实现即时酸和碱的生产.借助双极膜水解离作为H+和OPT的供应源，可以将有机酸盐直接转化为有机酸，同时副产的氢氧化钠循环用于发酵液的pH值调控，节约了工艺前端购买氢氧化钠的费用；同时双极膜电渗析生产工艺无需外加酸，不产生大量高COD含盐废水，在生产成本和环境友好方面明显优于离子交换工艺.已经有研究单位进行了双极膜电渗析制备葡萄糖酸的试验.徐铜文[7]研究了双极膜电渗析的组合形式对生产的影响，并通过传统电渗析与双极膜电渗析的集成提高生产效率[8];金可勇[£M1]研究了杭州水处理技术研究开发中心生产的不同规格BPM2型双极膜电渗析设备在处理该料液体系时的适用性.这些研究表明，由双极膜和阳膜组成的2隔室结构电渗析设备更适合葡萄糖酸生产，且操作电流强度对生产成本有重要影响.山东天维膜技术有限公司经过多年的研发，成功开发了新型双极膜、新型阳离子交换膜以及实验型电渗析设备.本文将采用该自产双极膜、阳膜和电渗析设备，研究包括葡萄糖酸钠浓度（转化率）和操作电压在内的操作参数对双极膜电渗析制备葡萄糖酸的影响，这些操作参数的影响规律也适用于其它有机酸生产中，为双极膜电渗析技术应用于有机酸生产行业提供应用数据支持.1实验部分1.1实验试剂葡萄糖酸钠为山东福洋生物科技有限公司友情提供，分析纯;氢氧化钠和盐酸购自于国药集团化学试剂有限公司，分析纯;氯化钠由山东省海洋化工科学研究院友情提供，分析纯.1.2实验装置实验所用的双极膜电渗析装置为山东天维膜技术有限公司自主研发生产，为2隔室结构膜堆，共组装1〇个膜对，每膜对含1张双极膜和阳离子交换膜(简称阳膜实验中使用的双极膜和阳膜均产自山东天维膜技术有限公司，型号分别为TW B P1和 T W E D C II-2.双极膜和阳膜的性能参数如表1所 示，双极膜电渗析器相关参数如表2所示，双极膜电 渗析器组装示意图及双极膜电渗析原理示意图分别 如图1和图2所示.双极膜在电流密度为1 000 A/ m2下的跨膜电压小于1. 5 V，水解离效率大于94%;阳膜在0. 5 m o l/L N a C l溶液中的面电阻为 4〜5 f l •cm2，表观迁移数大于0. 97(参比样Astom C M X面电阻为4 (1 •cm2，表观迁移数为0. 98);双 极膜电渗析器隔板厚度为〇. 55 m m，单张膜片有效 膜面积为84 cm2.双极膜电渗析装置配以直流电源、储液罐、循环 泵、转子流量计、压力表以及恒温水浴锅构成了电渗 析系统.通过恒温水浴锅控制实验在25 °C下进行.表1双极膜T W B P1和阳离子交换膜T W E D C II-2性能参数Table 1 The performance parameter of TWBP1 and T W E D C II- 2膜类型参数双极膜T W B P l湿态厚度跨膜电压水解离效率阳离子交换膜T W E D C II-2湿态厚度离子交换容量水含量面电阻数值0. 20〜0. 25 m m1. 0 〜1. 5 V0. 94〜0. 980. 15 〜0. 17 m m90〜1. 10 m m ol • g—1 (干）20%〜30%4~5n• cm2表观迁移数0. 97〜0. 98注1:双极膜跨膜电压和水解离效率均在〇. 5 m o l/L N a C l溶液测试，溶液温度25 °C ,电流密度1 000 A/m2;水解 离效率指双极膜水解离产生O H-量与该电流下O P T理论 产量的比值.注2:阳离子交换膜面电阻在0. 5 m o l/L N a C l溶液测试，溶液温度25 °C,采用直流电流测量，电流密度70 A/m2;表观迁移数在〇. 1/0. 5 m o l/L N a C l溶液测试，溶液温度25 °C.表2双极膜电渗析器参数T ab le 2 T h e param eter o f b ip o la r m em brane electrodialysis _______________参数___________________________数值双极膜T W B P l^阳膜T W E D C II - 2极膜(靠近阳极室或阴极室的离子膜）全氟磺酸阳膜膜片尺寸10 c m X20cm膜片有效尺寸7 c m X12cm隔板厚度0. 55 m m电极板___________________钛板，表面镀钌铱第1期王伟等：双极膜电渗析由葡萄糖酸钠制备葡萄糖酸的实验研究•109 •图1双极膜电渗析器组装示意图Fig. 1The assembly diagram of bipolar membraneelectrodialysis 1.3实验过程初始时，料液室溶液为3. 2 L、质量分数约10%的葡萄糖酸钠溶液，碱液室溶液为〇. 6 L、质 量分数2%的N a O H溶液，极室溶液为2 L、2%的N a O H溶液.实验过程中，料液和碱液的循环流速 为3 cm/s，极室溶液循环流速为6 cm/s.实验采用 恒电压操作，分别在膜对电压为1. 3、1. 5和1. 8 V 条件下进行，每隔1m in记录电流数据，每隔 30 min记录料液和碱室体积并取样进行葡萄糖酸 钠和氢氧化钠浓度的测定，实验至料液电导率基 本不再降低时结束.负极料液f碱液料液會碱液NaGlu NaGlu图2双极膜电渗析原理示意图Fig. 2 Flow chart of bipolar membrane electrodialysis 1.4分析方法料液葡萄糖酸钠浓度的测定:配制一系列葡萄糖酸钠与葡萄糖酸的混合溶液，将葡萄糖酸折算为葡萄糖酸钠后溶液总浓度为10%;测试混合溶液的电导率，绘制溶液浓度与电导率标准曲线;双极膜电渗析过程中通过测量溶液电导率计算溶液中葡萄糖酸钠浓度.碱液N a O H浓度的测定:通过酸碱滴定法计算N a O H浓度，采用酚酞指示剂.葡萄糖酸钠转化率々、电流效率彳以及能耗分别根据公式(1)、(2)和(3)计算：c〇v 〇(1)(c〇y〇-Q y；) .fr(2)^N I t d t^U I t d t' ~C0V〇~C tV t (3)式中，和c。

分别为初始时料液体积(L)及料液中葡萄糖酸钠浓度(m ol/L);^和q分别为时间f时料液体积(L)及料液中葡萄糖酸钠浓度(m〇l/L);F为法拉第常数;N为双极膜电渗析器膜对数;夂为电流，A;U为膜堆电压，V.2结果与讨论2.1双极膜电渗析过程控制膜对电压为1. 5 V，双极膜电渗析转化葡 萄糖酸钠过程的相关性能数据如表3所示.实验中碱液初始为2%N a O H，这是为了避免采用纯水时其过低电导率导致电渗析过程电流偏低，从而影响了电渗析设备处理量.随着实验的进行，料液中葡萄糖酸钠逐渐转化为葡萄糖酸，料液体积逐渐减少，而碱液体积逐渐增加;料液电导率逐渐降低，碱液电导率逐渐升高，电流密度随之逐渐降低，转化葡萄糖酸钠为葡萄糖酸过程逐渐变慢.实验开始时料液电导率为18. 33 mS/cm，电流密度高达477. 38 A/m2;在• no •膜科学与技术第37卷120 min 时，料液电导率降为4. 45 mS /cm ，该点葡以及产酸量(表4)，为深入了解该过程，对该3参数萄糖酸钠浓度为1. 02%，转化率为89. 65%，电流密分别计算了每30 m in 的阶段数据和自实验开始计度为94. 05 A /m2;随后电流密度进一步降低，在的累积数据.随着实验的进行，料液中葡萄糖酸钠浓210 min 时，料液电导率为3. 56 mS /cm ，葡萄糖酸度逐渐降低，阶段电流效率和阶段产酸量迅速降低，钠转化率超过95%，电流密度为65. 48 A /m 2.阶段产酸能耗迅速升高，如图3所示.实验刚开始的由此可计算双极膜电渗析过程的电流效率、产30 min ，电流效率为79. 21%，产酸量为每平方米双酸能耗(除另有说明，本文中的能耗均指直流能耗）极膜每小时产葡萄糖酸131. 42 m o l ，相应地每产表3双极膜电渗析转化葡萄糖酸钠实验数据1(膜对电压1. 5 V )T ab le 3T h e data 1 o f gluconic acid preparation process (1. 5 V )时间/m il料液体料液电导率/ 料液N a G luN a G lu 转化碱液体碱液 电流密度/n积/L(m S • cm -1)质量分数/%率/%积/L质量分数/% (A .m -2)0 3.2218. 339. 330. 000. 60 2. 00 477. 3830 3. 1612. 25 5. 6940. 090. 66 6. 17 413. 1060 3. 117. 578 2.8970. 070. 727.98 271.43903.07 5. 3121. 5484. 260. 757. 98 144. 051203. 054. 445 1.0289. 650. 789. 04 94. 05150 3.03 4. 0290. 7792. 210. 798. 48 77. 381803.01 3. 7550. 6193. 910. 818. 04 70. 242102. 993. 5560. 4995. 130. 837. 9865. 48表4双极膜电渗析转化葡萄糖酸钠过程实验数据2(膜对电压1. 5 V )T ab le 4T h e data 2 o f gluconic acid preparation process (1. 5 V )时间/m il 阶段电流累积电流阶段产酸量/累积产酸量/阶段产酸能耗/累积产酸能耗/n效率/%效率/(m o l • m 2 • h x)(m o l • m 2 • h x)(k W • h • k m o l-”)(k W • h • k m o l-1)03079. 2179. 21131.42131.4245. 7545. 756073. 5376. 6898. 25114. 8352. 0648. 459063. 9474. 1946. 5292.0665. 8651. 3812041. 7070. 8717. 6673. 46105. 9954. 6615026. 4667. 718. 4060. 45169. 7357. 8618020. 4164. 99 5.5551. 30221. 5760. 8121016. 1262. 554. 0244. 55281. 3763. 65150^ 120<Na90^ 60_饉30料液N aG lu 质量分数/ %(a )料液N aG lu 质量分数/ %(b )料液N aG lu 质量分数/ %(c )图3电流效率(a )、产酸量(b )及产酸能耗(c )与料液葡萄糖酸钠浓度的关系(膜对电压1. 5 V )Fig. 3T he relatio n sh ip between the c u rre n t efficiency (a ) , the acid generation (b ) , the energy co n su m p tio n (c)and the concentration sodium gluconate(1. 5 V )第1期王伟等：双极膜电渗析由葡萄糖酸钠制备葡萄糖酸的实验研究• 111 •1 kmol 葡萄糖酸耗电45. 75 kW • h ;在第90 m in 到 120 min 阶段，葡萄糖酸钠浓度降低至1. 0%〜1. 5%之 间，电流效率为41. 70%，产酸量为17. 66 m d /(m2 •h )，产酸能耗为105. 99 kW • h /kmol ;而在最后的30 min ，电流效率仅为16. 12%，产酸量为4 02 m d / (m 2 • h )，产酸能耗为281. 37 kW • h /km d .电流效率 的下降相关于碱液浓度的增加以及料液电导率的降低，更高的碱液浓度导致更多的O H -穿过阳膜到达 料液室中和了葡萄糖酸，更低的料液电导率导致更 高的料液室电阻，从而更多的电流可能从电渗析器 的进/出口通道中旁路通过[12];电流效率的下降导 致了产葡萄糖酸能耗的上升，电流效率和电流密度 的同步下降导致了产葡萄糖酸量的快速下降.从累 积数据分析，到第120 m in ，葡萄糖酸钠浓度降低至 约1%，实现葡萄糖酸钠转化率约90%，此时总电流 效率为70. 87%，总产酸量为73.46 m ol /(m 2 • h )， 总能耗为54. 66 kW • h /k m o l ;随后的90 m in 内，实 现了葡萄糖酸钠转化率达到95%，而总电流效率降 低至62. 55%，总产酸量降低至44. 55 m ol /(m 2 •h )，总能耗升高至63. 65 kW • h /km ol .双极膜电渗析在转化有机酸盐过程中无法实现 100%转化率，一般需要配以阳离子交换树脂进一步转化有机酸盐[5].上述实验表明，当葡萄糖酸钠浓度降低至约1%后，即料液电导率降低至约4. 5 mS /cm ，转化率约为90%，进一步提高转化率过程中的电流效率很低，以产酸能耗和单位膜面积产酸量计 算的代价很高，工业生产过程中应避免追求过高的 双极膜电渗析转化率.2.2膜对电压对双极膜电渗析过程的影响双极膜电渗析过程的电流密度、产酸能耗以及 产酸量显著地受膜对电压的影响，图4显示了膜对 电压在1. 3、1. 5和1. 8 V 时平均电流密度、累积产 酸能耗以及累积产酸量与料液中葡萄糖酸钠浓度的 关系曲线.膜对电压为1. 3 V 时的平均电流密度和 产酸量远低于膜对电压为1. 5 V 和1. 8 V 时的相应 数据;而膜对电压为1. 8 V 时的平均电流密度和产 酸量高于膜对电压为1. 5 V 时的相应数据.从图4 中可读出，当料液中葡萄糖酸钠浓度降低到约1% 时，膜对电压1. 3、1. 5和1. 8 V 对应平均电流密度 为206、278和340 A /m 2，对应的产酸量为56、73和 98 m ol /(m 2 • h ).产酸能耗相应地随操作电压的增 加而增加，当料液中葡萄糖酸钠浓度降低到约1% 时，膜对电压1. 3、1. 5和1. 8 V 对应产酸能耗为 48、55 和 62 kW • h /km ol .膜对电压1.8 V—膜对电压1.5 V +膜对电压1.8 V87654321料液N a G lu 质量分数/%(a )87654321料液N a G lu 质量分数/ %(b)87654321料液N a G lu 质量分数/ %(c)图4膜对电压对平均电流效率(a )、累积产酸量(b )及累积产酸能耗(c )的影响Fig. 4T h e influence o f operating voltages on the average cu rre n t efficiency (a ) , the accum ulation acid generation (b )and the accum ulation energy co n su m p tio n (c)随着膜对电压的增加，单台设备的产酸量增加， 单位产酸量的能耗增加，这表明同样的产酸量需要的设备数减少，即资本支出（capital exp en diture，C ap E x)减少，但设备的运行费用增加，即运营支出 (operating exp en se ，O p E x)增力口；一定时期内的总支出为资本支出与运营支出的总和，膜对电压过低 时资本支出可能过高，膜对电压过高时运营支出可能过高，合适的膜对电压取决于总支出的最小化.假定需要每小时转化100 m 3质量分数10%葡萄糖 酸钠溶液，按表5中的参数核算双极膜电渗析过程 在不同膜对电压运行下的各项支出.第1年各项支 出如图5(a )所示，膜对电压1. 8 V 时资本支出（设 备及系统）最少，膜对电压1. 3 V 时运营支出（运 营电费）最少，但膜对电压1. 5V 时总支出却最少.o o o oO O O OC6420 86421X 1 1X 1X (一—一^—U I二i )/_M t b t螨00o o o o43 21 C PI S•¥)/««*# 软^• 112 •膜科学与技术第37卷1.4 1.5 1.6膜对电压/V(a)第1年各项支出图5双极膜电渗析过程第1年各项支出及第1〜4年的总支出Fig. 5 T h e expenditure o f the 1 year and the to ta l expenditure o f the 1~4years第1〜4年总支出如图5(b)所示，第1年膜对电压1. 5 V时总支出最少，但随后年份膜对电压 1. 3 V时总支出最少，因为较低膜对电压下运营费用的减少.表5双极膜电渗析过程总支出核算参数T ab le 5 T he to ta l calculation param eters o f b ip o la rm em brane electrodialysis项目数值设备及系统相关双极膜单价 3 000 元/m2阳膜单价600 元/m2膜利用率75%膜更换频率每2年设备其它组件占膜总价50%系统其它组件占设备总价50%运营相关年运行时间8 000 h电费0. 6 元/k W• h交流/直流电转化效率90%其它部件(水泵等)耗电占设备耗电10%3结论双极膜电渗析过程可使10%葡萄糖酸钠溶液电导率从18. 33 mS/cm降低到 3 mS/cm，实现超过95%的转化率;随着料液中葡萄糖酸钠浓度的逐渐降低，电流密度、电流效率、产酸量均逐渐下降，而产酸能耗逐渐升高.随着膜对电压的升高，电流密度和产酸量均增加，产酸能耗也增加；膜对电压分别为1. 3、1. 5和 1. 8 V时对应电流密度为206、278和340 A/m2，对应的产酸量为56、73和98 mol/(m2•h)，对应产酸直流能耗为48、55和62 kW •h/km ol;随着膜对电压的升高，导致了较低的资本支出和较高的运营支出，最佳的膜对电压取决于总支出的最小化;当采用膜对电压为1.5V时，第1年的总支出最小，但随后年份中膜对电压1.3V时的总支出最小.参考文献：[1]Ram achandran S，F o n ta n ille P, Pandey A,et a l.G lu­conic a cid：p ro p e rtie s, applications and m icro b ia l p ro­duction [J].Food T echnol B iotech, 2006, 44(2)：185-195.[2]H ustede H, H a b e rstro h H J, Schinzig E. 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Io n exchange membranes fundam entals and工业化生产研究[J].水处理技术，2011,37(11): 60 a p p lic a tio n s[M]//E le s e v ie r,2007.Study on production of gluconic acid from sodium gluconateusing bipolar membrane electrodialysisWANG W ei1，2，F U R o n g q i a n g1，2，L I U Z h a o m in g1，2(1. Shandong Tianwei Membrane Technology Co. ?L td. ?Weifang 261061 ?China;2.Key Laboratory of Charged Polymeric Membrane Materials of Shandong Province,Weifang261061,China) Abstract ：The process of converting 10%sodium gluconate feed to gluconic acid w ith a two-chambered bipolar membrane electrodialysis p ilo t module was studied.It was indicated that the electrical conductivity of sodium gluconate could be reduced to 3 m S/cm and the conversion rate could reach 95%. As the concentration of sodium gluconate decreased?the current density，the current efficiency and the acid generation rate gradually declined?but the energy consumption for per unit of produced acid increased significantly.W ith the increase of the voltage per cell p a ir,the current density and the acid generation rate increased，but the energy consumption increased too.When the cell-pair voltage was 1.3，1.5 and1.8 V，the current density was 206，278 and 340 A/m2respectively?and the acid generation rate was 56，73 and 98 m ol/(m2 •h)respectively,and the energy consumption for per unit of produced acid was 48?55 and 62 kW •h/km o l respectively.The increase of the cell-pair voltage caused the lower capital expenditure and the higher operating expenditure.The optimum cell-pair voltage should be decided by the overall expenditure.W ith the cell-pair voltage at 1. 5 V?the firs t year overall expenditure was the least.But as the grow th of the years?the cell-pair voltage at 1.3 V could cause the m inim um overall expenditure. Keywords：bipolar membrane;electrodialysis;gluconic acid;ion exchange石墨烯高性能碳捕集膜取得重大突破近日，能源与环境领域顶级期刊E nergy &E rm ro m n e n ta l Saence (能源与环境科学杂志,IF=25. 427)发表了天津工业大 学分离膜与膜过程国家重点实验室青年教师王少飞与天津大学姜忠义教授、M ichael D. G m v e r教授等的合作论文，题为“Ah ig h ly perm eable graphene oxide m em brane w ith fast and selective tra n s p o rt nanochannels fo r e fficie n t carbon capture”（具有快 速高选择性纳米通道的氧化石墨烯膜用于高效碳捕集).碳捕集是21世纪人类社会面临的重大挑战.从烟道气、天然气、沼气等混合气中高效分离C02是实现碳捕集的重要手段.与吸收、吸附等方法相比，膜分离具有耗能低和环境友好等优点，成为最具潜力的碳捕集方法之一.但目前膜材料渗透性能普遍偏低，主要原因在于膜内缺乏气体快速传递的通道，对于高效膜通道构建的研究已成为国内外的重点和难点问题.研究团队从C02分子在水通道蛋白纳米通道内高效传递现象得到启发，首次提出了以通道微环境为中心的纳米通道设计原则，通过硼酸盐对氧化石墨烯(G O)的化学交联并真空辅助抽滤，构建了以氧化石墨烯为单元的二维纳米通道，制备了具有超薄(<l〇n m)、强稳定性分离层的复合膜，通过协同调控通道内物理微环境、化学微环境和水环境，实现了对通道尺寸、促 进传递载体含量、水含量/水状态的可控调节，实现了膜分离性能的显著提升.实验结果表明，该超薄膜对C02同时具有高渗透性和高选择性，其分离性能为目前文献报道的石墨烯基C02分离膜的最高值，在天然气脱碳、烟道气脱碳等分离过程中具有广阔应用前景.(天津工业大学网站）。