氧化石墨烯改性PVDF膜及其膜蒸馏性能研究

发布时间：2020-06-09 01:35

【摘要】：膜蒸馏拥有操作流程简单、能耗低、分离效率高等优势。科技日益进步,膜材料的相关工艺也取得了长足的进步,在复杂的污水处理中成为重点研究的处理方法。膜蒸馏两侧料液温度不同,两侧温度差引起蒸汽压差不同,蒸气压差是膜蒸馏的传质推动力,但疏水膜本身是高度疏水的,这使得传质过程中受到的阻力增加。因此产水质量与其他处理过程相比较低,阻碍了其大规模应用。最新的实验表明,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)能够提高水传递速率。GO片层间距的范围在0.7nm-1nm之间,利用其尺寸筛分效应能够有效的截留目标污染物。本文采用GO对膜蒸馏常用的PVDF膜进行冷侧亲水改性,研究改性膜膜通量和截盐率的变化。将不同氧化程度氧化石墨烯用于膜改性,探究GO氧化程度对膜蒸馏性能的影响。因此,本研究主要分为如下内容:(1)选择改性Hummers法为GO的制备方法,将反应温度依次设置为50℃、60℃、70℃,制备不同氧化程度氧化石墨烯(50GO、60GO、70GO),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、XRD、电子扫描电镜(SEM)、X射线能谱(XPS)等手段表征了其结构。发现随着反应温度的提高氧化程度提高。(2)分别采用直接涂覆法和复合表面涂覆法将GO涂覆在PVDF膜表面,并对可能影响膜改性的关键因素进行了研究。发现直接涂覆法无法有效的将GO固定在PVDF膜上,而利用复合涂覆法能够将GO牢固的固定下来。探究了多巴胺浸泡时间和GO涂覆液浓度等因素对膜结构和性能的影响,确定最佳实验条件为多巴胺浸泡2h,GO涂覆液浓度为5mg/mL。(3)采用复合表面涂覆法,通过多巴胺将GO固定在PVDF膜表面。使用不同氧化程度的氧化石墨烯制备出不同的GO复合膜(50GO/PVDF、60GO/PVDF、70GO/PVDF)。结果表明:GO改性增强了原膜的亲水性,且GO氧化程度越高亲水性越强。接触角不断下降;膜通量相比原膜依次提高了5.7%、10%、18.9%,最高可以达到18.3 kg.m~(-2.)h~(-1);截盐率较原膜相比也有所提高,从99.2%提高到99.9%,但氧化程度对截盐率影响不大。
【图文】：

第一章 文献综述类散到冷凝侧的方式为分类依据，可将膜蒸馏分为四种类气隙式（AGMD）、真空式（VMD）、气扫式（SGMD侧料液均保持一致，只将冷侧冷凝的方式进行改变。在员对这几种膜蒸馏方式不断完善来提高他们的工作效率研发现现有的膜蒸馏研究中直接接触式膜蒸馏是被研究MD、AGMD和SGMD的研究逐渐减少，依次为31.4%、部分是改进膜蒸馏，，只有 1.8%。

氧化石墨烯改性 PVDF 膜及其膜蒸馏性能研究之间留出一定的缝隙，水蒸气通过膜孔和空气间隙然后在冷的表面冷冷却在液体中。因此 AGMD 具有比 DCMD 更高的热阻和更小的热损得 AGMD 成为膜蒸馏中能量效率最高的一种；也因为更高的传质阻力通量降低[35]。但是AGMD技术得到了很好的商业化，例如Memstill[34]和系统。AGMD 应用范围和 DCMD 大致相同，但是 AGMD 还可以将水溶质（例如醇类）进行分离。因为采用 AGMD 方式没有渗透侧被润湿的AGMD 还可以应用于分离水中氧的同位素[37]、去除不可冷凝的气体[38]、乙醇、丁醇和丙醇[39, 40]。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

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本文编号：2703974