氧化石墨烯复合膜的制备及其性能研究

发布时间：2017-04-12 00:16

  本文关键词：氧化石墨烯复合膜的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化石墨烯由于其具有优异的化学稳定性,导电性,热稳定性等性能而被大家所广泛关注。近几年,人们发现氧化石墨烯作为膜材料在膜分离领域表现出的超高的分离性能。由于其特殊的层状结构,在实际分离过程中氧化石墨烯必须要负载到一定的基底上,因此基底的选择对于氧化石墨烯应用十分关键,本文主要采用的基底是氧化铝载体管,这主要是氧化铝载体具有良好的化学稳定性、结构稳定性以及耐酸、耐碱等优点,可以应用于十分苛刻的条件。采用热涂敷的方法在多孔氧化铝管式载体上制备纳米二氧化硅涂层,从而改善氧化铝管的孔尺寸及表面粗糙度。再采用抽真空的方法在修饰后的载体上制备氧化石墨烯分离膜。使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和红外光谱(IR)对氧化石墨烯、二氧化硅涂层及复合分离膜进行了的结构及形貌表征。结果表明,采用二氧化硅修饰后的载体有利于获得致密的石墨烯膜。将所制备的氧化石墨烯膜应用于染料和盐的水溶液分离研究,结果发现氧化石墨烯膜对染料的截留率达到了99%以上,对盐的截留率达到了50%以上,水的渗透通量达到0.5 kg/(m~2*h*bar)。研究发现,氧化铝作为基底时,载体表面的氧化石墨烯在水中放置一段时间很容易脱落,这对氧化石墨烯在液体分离方面的应用具有很大的限制,通过多巴胺修饰载体,使得聚多巴胺成为载体与氧化石墨烯连接的纽带,大大增强了氧化石墨烯与载体之间的结合力,使其在水中稳定30天以上且性能基本上保持不变。聚合物膜在气体分离膜领域具有很广阔的应用前景,然而聚合物作为分离膜时,选择性较高,但是通量往往都比较小,这极大的限制的聚合物的实际应用。矩阵膜主要是通过结合两种材料性能来改善通量,通过提拉法制备了聚砜-氧化石墨烯矩阵膜,将所制备的矩阵膜应用与气体分离,研究发现,当掺杂氧化石墨烯的量达到2%以上时,气体通量相对于纯膜都有了很明显的增加,并且发现当掺杂氧化石墨烯的量达到3%的时候,通量比单纯的聚砜膜提高了5倍,且选择性基本保持不变。
【关键词】：氧化石墨烯膜 多巴胺 截留率 通量 选择性
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-30
• 1.1 引言10-11
• 1.2 氧化石墨烯简介以及氧化石墨烯膜的制备11-14
• 1.2.1 氧化石墨烯的简介11-12
• 1.2.2 氧化石墨烯膜的制备12-14
• 1.3 氧化石墨烯膜的传质分析14-19
• 1.3.1 氧化石墨烯膜气体以及水分子的传质机理14-16
• 1.3.2 氧化石墨烯膜对离子的分离机理16-19
• 1.4 氧化石墨烯膜实际分离过程19-24
• 1.4.1 压力过滤19-20
• 1.4.2 渗透蒸发20-21
• 1.4.3 气体方面的分离21-23
• 1.4.4 氧化石墨烯膜分离过程小结23-24
• 1.5 PSF-GO杂化膜24-28
• 1.5.1 气体分离膜的简介24
• 1.5.2 气体膜分离的应用24-25
• 1.5.3 聚合物分离膜以及复合膜介绍25-28
• 1.6 本课题的研究的目的、意义及主要内容28-30
• 1.6.1 本课题研究的目的及意义28
• 1.6.2 本课题研究的主要任务28-30
• 2、Al_2O_3-SiO_2-氧化石墨烯复合膜的制备及液体分离性能的研究30-39
• 2.1 引言30
• 2.2 实验原料，实验器材以及表征手段30-33
• 2.2.1 实验原料30-31
• 2.2.2 实验仪器31
• 2.2.3 氧化石墨烯以及氧化石墨烯膜性能的表征31-33
• 2.3 二氧化硅修饰载体以及氧化石墨烯膜的制备33
• 2.4.结果与讨论33-39
• 2.4.1 氧化石墨烯材料的性质表征33-35
• 2.4.2 氧化石墨烯膜的亲水性分离35
• 2.4.3 载体以及氧化石墨烯膜的扫描电镜表征35-36
• 2.4.4 氧化石墨烯膜的拉曼分析36-37
• 2.4.5 氧化石墨烯膜的分离性能的研究37-39
• 2.5.结论39
• 3 Al_2O_3-多巴胺-氧化石墨烯膜的制备及其性能研究39-46
• 3.1 引言39-40
• 3.2 实验原料与实验器材40-41
• 3.2.1 实验仪器40
• 3.2.2 实验试剂40-41
• 3.3 氧化石墨烯膜的制备41-43
• 3.4 结果与讨论43-46
• 3.4.1 修饰后载体管直观形貌的分析43
• 3.4.2 红外表征43-44
• 3.4.3 SEM表征44-45
• 3.4.4 氧化石墨烯膜水中稳定性测试45
• 3.4.5 功能化后氧化石墨烯膜渗透实验45-46
• 3.5 结论46
• 4 聚砜-氧化石墨烯复合膜的制备及气体分离性能的研究46-56
• 4.1 引言46-47
• 4.2 实验原料,实验器材,测试方法47-50
• 4.2.1 实验仪器47-48
• 4.2.2 实验药品48-49
• 4.2.3 测试方法49-50
• 4.3 PSF-GO杂化膜的制备50-51
• 4.4 结果与讨论51-55
• 4.4.1 拉曼测试51-52
• 4.4.2 红外测试52
• 4.4.3 PSF-GO杂化膜的截面图52-53
• 4.4.4 单纯的氧化石墨烯膜进行渗透实验53-54
• 4.4.5 单纯的PSF膜进行气体分离性能测试54-55
• 4.4.6 PSF-GO杂化膜的测试55
• 4.5 结论55-56
• 5 结论56-57
• 参考文献57-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文以及所取得的研究成果66-67
• 致谢67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 王浩;王建华;;中国水资源与可持续发展[J];中国科学院院刊;2012年03期

2 王志斌;杨宗伟;邢晓林;高朝祥;褚良银;陈文梅;;膜分离技术应用的研究进展[J];过滤与分离;2008年02期

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本文编号：300310