Fabrication of Graphene-Based Nanofiltration Membrane from Fractionated Bamboo Lignin for Dye Removal and Desalination

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作者
Mohammed Abdillah Ahmad Farid,Sarah Sabidi,Wang Ruozhu,Jacqueline Lease,Toshinari Maeda,Toshiki Tsubota,Yoshito Andou
标识
DOI:10.1021/acsaenm.3c00498
摘要

The growing demand for sustainable and renewable materials has driven extensive research into the use of lignocellulosic biomass as a promising feedstock for the development of advanced biobased membranes. In this present work, we established the viability of producing greener lignin-derived graphene oxide (bGO) and reduced graphene oxide (brGO) membranes from bamboo biomass to fabricate an ordered two-dimensional (2D) laminar channel for nanofiltration. It is imperative to emphasize that our methodology is intricately designed as a sequential strategy for the synthesis of bGO and brGO. This meticulously orchestrated sequence encompasses graphitization followed by consecutive oxidation and reduction processes, all unfolding prior to the subsequent facile layer-by-layer deposition, a pivotal step in membrane fabrication. The as-prepared bGO and brGO membranes showed nanosize pore openings of 1.15 and 0.03 nm and water pathway lengths of 65.15 and 49.09 nm, respectively. Pronounce enhancement by 52- to 60-fold in water permeance was exhibited using the brGO membrane for rejection of organic dyes (methylene blue, MB; direct red 81, DR-81) and salt (sodium sulfate, Na2SO4) solutions compared to lignin-derived graphene oxide (bGO) membrane while the rejections remained comparable at 88, 99, and 57.6% for Na2SO4, MB, and DR-81, respectively. The brGO membrane's remarkable mechanical stability was also proven in an ultrasound test, withstanding up to 2 h without swelling and hence resistant to disintegration under solution immersion conditions. This work provides insight into the fabrication of graphene-based membranes from biomass for highly efficient nanofiltration performance and sheds some light on the transport mechanism within 2D laminar channels.
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