静电相互作用的原理与应用

GO和TFC膜表面都呈现电负性，因此可对GO或高分子滤膜进行改性，引入带正电的官能团，使涂层与基底通过静电相互作用产生更强的界面结合力。

Wansuk等使用乙二胺（Ethylenediamine，EDA）对GO改性制备了带正电的氨基化GO层片（Aminated-GO，AGO）。在反应过程中，碳化二亚胺（ethyl（dimethylaminopropyl）carbodiimide，EDC）作为偶联剂诱发GO表面的羧基与EDA的端氨基反应形成酰胺键。然后，如图3-6所示，通过层层自组装（Layer-by-layer self-assembly，LBL）的方法在RO膜表面交替沉积AGO和GO制备了GO功能涂层。此涂层与RO膜通过静电引力紧密连接，较范德瓦尔斯力具有更强的界面相互作用。

图3-6　通过层层自组装法交替沉积带正电的AGO和带负电的GO在RO膜表面制备的GO涂层示意图

除了将GO改性为带正电的衔接媒介外，还可使用带正电的聚合物辅助形成界面的静电键合。如图3-7所示，Meng等在水解的PAN膜（hydrolyzed PAN，hPAN）表面交替沉积带正电的聚丙烯胺盐酸盐[Poly （allylamine hydrochloride），PAH]和带负电的GO层片，制备了静电结合的GO涂层。在此反应中，PAN基底首先通过水解过程使部分腈官能团（）转化为羧基官能团而携带负电荷，然后与沉积的PAH层通过静电引力（主要）、疏水作用以及氢键等多种相互作用方式相结合。

图3-7　通过将hPAN基底交替浸泡在PAH（pH=4）和GO（pH=4）溶液中沉积GO涂层的过程示意图(https://www.xing528.com)

此外，如图3-8所示，Zhang等使用相同的设计思路在中空纤维膜表面沉积了GO涂层，以EDA替代上述的PAH作为GO层片间的正电连接剂，同时使用富含氨基的超支化聚乙烯亚胺（Hyperbranched Polyethylenimine，HPEI）对高分子基底进行改性，使涂层与基底通过静电作用结合。

图3-8　通过层层自组装法在中空纤维膜表面制备GO-EDA静电双层的流程示意图

上述静电相互作用的GO涂层都是通过LBL沉积方法制备形成的，Wang等借助外界电场在hPAN膜表面交替沉积PEI和GO，制备的GO涂层具有更密实有序的结构，有利于提升在水溶液中的稳定性。如图3-9所示，将一块8cm×8cm的水解的聚丙烯腈（H-PAN）基底先浸泡在正电性的聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine,PEI）中，使基底位于两片石墨电极中间，施加直流电，使PEI沉积在H-PAN表面。然后，将沉积有PEI的H-PAN基底冲洗干净后，浸入GO溶液中，改变直流电方向，将GO沉积在基底上。如此交替电沉积，可控制GO沉积的层数和厚度。在此过程中，通过优化沉积过程中的电压、沉积时间、GO浓度和GO层数可以优化PAN纳滤膜的过滤性能。使用电场辅助层层自组装的成膜方法可以使GO纳米片更有序地堆叠，沉积时间更短更方便。

图3-9　电场辅助沉积GO涂层示意图