氧化石墨烯制备及其负载纳滤膜性能研究

发布时间：2020-04-23 09:29

【摘要】：氧化石墨烯(GO)由二维网格状的单层碳原子组成,GO特殊的结构为水分子渗透提供了相对有序的通道,同时诸如羧基、羟基、环氧基等含氧官能团在增大GO亲水性能的同时,也赋予了GO分子层独特的负电性能,因此GO在水处理和膜分离领域展现出良好的应用前景。复合纳滤膜一般由底部支撑层和表面分离层两部分组成。将GO作为分离层引入到聚合物膜上可以调节膜的结构并改善其性能。本文以片状石墨为原料,通过改进Hummers法制备得到氧化程度较高的氧化石墨烯。采用压力辅助自组装技术制得GO-PVDF纳滤膜,并对纳滤膜的亲水和脱盐等性能进行探究。首先采用改进Hummers法制备氧化石墨烯,分别研究了反应时间、反应温度、氧化剂用量、混酸配比等条件对于GO氧化程度的影响,采用FT-IR、TEM、XRD、拉曼光谱等手段对制得的GO进行表征。结果表明,最佳的工艺条件如下:氧化反应时间约为20小时,反应温度控制在90℃,浓硫酸和浓磷酸的配比为17:3,氧化剂高锰酸钾和鳞片石墨的用量比为6:1。改进Hummers法制得的GO含有丰富的含氧官能团,GO层间距增大为0.866nm。通过压力辅助自组装法制备得到了 GO-PVDF纳滤复合膜,采用接触角测量仪、SEM、AFM等对复合纳滤膜进行表征,结果表明,GO被均匀负载在PVDF基膜表面,形成了厚度为76～98nm的分离层。对GO负载量、超声时间和盐溶液浓度等因素对于GO复合纳滤膜的截留率和通量的影响进行了研究。实验结果证明,GO纳滤膜对不同盐溶液的截留率的顺序为:Na2S04NaClMgCl2,且对低浓度的盐溶液的脱除率更高。通过分析发现,增大GO负载量有助于获得较好的脱盐效果,当负载量达到150mg/m2时,对于Na2SO4的脱盐率接近80%。
【图文】：

理论上石墨烯虽然是以一种二维平面结构展开的，但是实际的研究结果表明石墨烯逡逑并非是一个完整的平面结构，由于碳原子的晶格热会引起碳原子层的弯曲和起伏振动，逡逑因此在石墨烯的局部也会出现如图１．２所示的类似波纹状的结构［８］。逡逑＾邋：：邋：：邋＞邋＜邋ｒ：邋：－：邋￥逡逑图１．２单层石墨烯结构模拟图逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｉｎｇｌｅ邋ｌａｙｅｒ邋ｇｒａｐｈｅｎｅ逡逑

六方网环状排列是石墨烯中的碳原子在理想情况下的一种呈现形式。但是通过逡逑ＨＲＴＥＭ对于石墨烯实际结构中的缺陷进行表征，，证明石墨烯中碳原子的排列方式还有逡逑五方环和七方环等特殊形式。石墨烯结构缺陷ＨＲＴＥＭ图如图１．３所示［９］。逡逑拳邋＿＿逦＿邋

本文编号：2637587