氧化石墨烯—聚乙二醇二元体系传质机理研究

发布时间：2018-02-23 19:01

  本文关键词： 氧化石墨烯 聚乙二醇 交联 传质变化　出处：《东华大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：氧化石墨烯(GO)由于其特殊的物化性能,作为新兴的材料在膜分离领域越来越受关注,但其在膜分离过程中的作用机理目前尚未明确。本课题为克服纯氧化石墨烯膜的牢固性问题,采用氧化石墨烯与高分子聚合物共混的方式制备可脱盐分离膜。为研究脱盐过程的传质机理,实验通过比较GO基膜、PEG膜以及GO与PEG呈不同比例制得的二元复合膜的脱盐效果,分析水和盐在膜分离过程中的的传质机理,从而探究GO-PEG二元体系复合膜传质的溶解-扩散机理与孔径筛分机理的主导性。实验中GO基膜和GO-PEG复合膜均采用压滤的方法制得,而PEG基膜通过紫外交联成膜方法制得。本课题主要基于渗透池测试装置和死端过滤装置,对比研究不同复合膜材料的盐通量、渗透系数、水通量和截盐率等重要参数对膜材料性能进行分析和表征。通过接触角、TEM、SEM、XRD和FTIR等表征测定,建立复合滤膜的亲疏水性、微观形貌、晶型和表面官能团等与滤膜制备条件的联系,结合数理统计方法,优化制备工艺。表征结果表明,氧化石墨烯呈现出褶皱状的层状结构,且PEG能够与氧化石墨烯发生交联反应。随着PEG组分的增加,GO-PEG复合膜内部晶面间距、膜表面褶皱和膜粗糙均呈现增大的趋势,但膜内碳原子的晶体缺陷则呈现减少趋势。另一方面,随着peg量的增加,复合膜的厚度逐渐增加且稳定性得到一定程度的增强。实验过程中采用氯化钠、氯化镁、硫酸铜、氯化铝四种典型的盐溶液进行性能测试。渗透池测试结果表明,复合膜对于氯化钠的盐通量要远高于其他三种离子,这是由于钠离子的水合离子半径要小于其他三种离子且钠离子与go上的官能团发生作用力较弱。对于go基膜而言,在0.1摩尔的氯化钠溶液中的盐通量能达到49.25gmh,分别比相同条件下氯化镁、硫酸铜和氯化铝溶液中的盐通量高出9.68倍、11.17倍和3.85倍。对于go-peg复合膜而言,随peg量的增加盐通量呈逐渐减小趋势。当复合膜peg:go=5:1时,相比较go基膜,四种盐溶液盐通量分别下降了91.45%、60.18%、75.5%和89.74%。实验过程中增加盐溶液浓度时,氯化钠离子的盐通量变化程度要高于其他三种离子。另外去除底膜后,复合膜对于四种盐离子的盐通量均有一定程度的降低,说明去除底膜后在一定程度上有效缓解了膜材料的内部浓差极化现象。对膜进行死端过滤测试可以发现,go-peg复合膜的纯水通量随着peg量的增加而呈现一个下降的趋势。例如,在0.2mpa的压力下peg:go=5:1的复合膜水通量相比较于go基膜而言由32.82lmh下降到16.55lmh。对于四种盐溶液而言,复合膜对于氯化镁、硫酸铜、氯化铝溶液的截盐率要远高于氯化钠。这是由于钠离子的水合半径要小于go纳米片之间的间距,所以能快速的通过复合膜。实验过程中增大操作压力,膜的截留率先呈现一个增大的趋势,然后再趋于平稳,表明膜具有一个最佳截留压力。增大实验溶液的浓度,会使膜的截盐率呈现一个下降的趋势,这是由于离子与膜之间的道南效应导致的。另外发现四种盐溶液的渗透体积通量均要高于纯水通量,但氯化钠溶液的渗透体积通量相比较于纯水通量的变化值要小于其他三种离子的变化值,原因是由于钠离子与膜之间的道南排斥力要小于其他三种离子。复合膜中随着PEG量的逐渐增大,渗透体积通量变化值而逐渐降低。从渗透系数变化规律分析可知,复合膜中随着PEG组分含量的增加渗透系数数值逐渐靠近PEG膜。这就得出复合膜中的传质模型逐渐向溶解-扩散模型靠近。
[Abstract]:On the other hand , with the increase of PEG component , the salt flux of the composite membrane increased by 9.68 times , 11.17 times and 3.85 times higher than those of other three ions . The results showed that the salt flux of the composite membrane was 9.68 times , 11.17 times and 3.85 times higher than those of other three ions . The salt flux of sodium chloride ion is higher than that of other three kinds of ions . It is found that the water flux of composite membrane is lower than that of sodium chloride .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ028.8;P747

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本文编号：1527246