GO/PVA复合膜的制备及其非对称渗透行为
发布时间：2021-02-26 19:39
氧化石墨烯因其亲水性及特殊的二维纳米通道在水处理方面具有重大意义,但独立的氧化石墨烯膜十分不稳定,在水处理中不能单独被使用。为充分利用氧化石墨烯的优异性能,本文采用层层自组装法将聚乙烯醇（PVA）和氧化石墨烯（GO）通过戊二醛（GA）交联至聚偏氟乙烯（PVDF）微滤膜上,得到具有非对称渗透行为的复合分离膜。利用改进Hummers法制备氧化石墨烯分散液,并进一步通过水热还原法将氧化石墨烯分散液制备成不同还原程度的氧化石墨烯（RGO）。经XRD、XPS、TEM、FTIR、Raman等测试表征发现随着水热反应时间的增加,氧化石墨烯还原程度增大,并在一定范围内表现出还原可控性,为后续不同还原程度的氧化石墨烯复合膜提供研究基础。通过改变组装层数得到不同层数的非对称渗透性GO/PVA复合膜。利用多种测试手段对复合膜的形貌和结构进行表征,发现GO/PVA成功交联在PVDF膜表面,且随着组装层数增加,结构更加完善。利用水通量、截留及接触角等对复合膜的性能进行测试,得出组装三层的复合膜效果最佳,正、反向压力下水通量值相差25.0倍左右,对PEG-20000的截留相差20.0倍左右,存在明显的非对称渗透性...
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有正向响应模式的智能膜；在刺激(如温度(a)，pH(b)，紫外线(c)或磁场(d))存在或增加时，膜的通透性会通过打开膜孔而急剧增加[1]
天津工业大学硕士学位论文4图1-2具有反向响应模式的智能膜；在刺激(如温度(a)，pH(b)，紫外线(c)或氧化(d))存在或增加时，膜的通透性会随膜孔关闭而快速减小[1]Figure1-2Smartgatingmembraneswithanegatively-responsivegatingmodel.Themembranepermeabilitydecreasesdramaticallythroughclosingmembraneporesinresponsetoanincreaseinorpresenceofastimulus,suchastemperature(a),pH(b),UVlight(c),oroxidation(d)[1].1.3氧化石墨烯1.3.1氧化石墨烯的性质氧化石墨烯(GrapheneOxide，GO)[23]是石墨烯的一种衍生物，具有独特的二维纳米结构，优异的力学性能、强亲水性、抑菌性能、热稳定性、抗污染性能等。氧化石墨烯片层中含有大量的羟基、羧基、羰基和环氧官能团[24]。几十年来，氧化石墨烯纳米薄片的结构一直存在争议，含氧官能团的类型和分布均存在不确定性。Lerf等[25]提出的GO模型被相关学者利用核磁共振得到了有效证明，其模型如图1-3所示，羟基及环氧官能团分布于氧化石墨烯片层的上、下表面，羧基分布在氧化石墨烯片层的边缘位置，这些含氧官能团的存在增加了氧化石墨烯的活性，并易与一些极性有机分子或聚合物形成强相互作用或化学键，有利于形成氧化石墨烯插层物或剥离复合材料，增加与其他材料的相容性，并在水处理、光学、催化、电荷存储以及电极材料等[26,27]领域得到广泛应用。
第一章前言5HOOCOHOOHOOOOHOHOOOHOOOOCOOHCOOHOHOHOOOHOOHO图1-3氧化石墨烯的结构模型[25]Figure1-3structuralmodelofgrapheneoxide[25].1.3.2氧化石墨烯的传质机理氧化石墨烯膜具有独特的纳米结构，据报道[28]氧化石墨烯膜不允许其他液体如：丙酮、己烷、乙醇、癸烷和丙醇通过，同样氩气、氢气、氮气甚至氦气等气体几乎也无法渗透穿过膜层，只允许水分子无阻碍地渗透。这种现象是由于含氧官能团与氧化石墨烯纳米片相连，形成能够维持层间间隙的支柱，此时羧基和羟基的亲水性(吸引水分子)会在氧化石墨烯片层间形成一个曲折的网络通道[29,30]，仅允许水分子的运输，阻止更大尺寸和疏水性分子的扩散。更重要的是，这些官能团通过亲和作用聚集在一起，在未氧化的氧化石墨烯纳米薄片上形成了巨大的渗透区域[31]，因此，氧化石墨烯层间非氧化区域会产生更大间隙，这有利于单层水的通过[32]。然而，氧化区域很可能会与引入的水分子发生强烈反应，使水的渗透量下降。图1-4水、大分子和离子通过层状排列的氧化石墨烯片层的示意图[28]Fig.1-4Schematicdiagramofgosheetlayerswithwater,macromolecules,andionsarrangedinlayers[28].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Controlling reduction degree of graphene oxide membranes for improved water permeance[J]. Qing Zhang,Xitang Qian,Khalid Hussain Thebo,Hui-Ming Cheng,Wencai Ren. Science Bulletin. 2018(12)
[2]压力响应膜的压力响应性及其过滤特性[J]. 赵学辉,王捷,郑雅文,张宏伟. 中国给水排水. 2012(21)
[3]氧化石墨烯的制备与改性研究[J]. 魏珊珊,杨军明,谢翔,许向阳,汪涛,黄春华. 矿冶工程. 2012(03)
[4]用鸡蛋清中的卵清蛋白测定常用超滤膜的切割分子量[J]. 祝振鑫,吴立明,胡晓珺. 膜科学与技术. 1999(05)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯的混合基质膜的制备及其性能研究[D]. 肖淑娟.天津工业大学 2017
[2]pH和温度响应型高分子智能膜的制备、性能及应用研究[D]. 江萍.中南大学 2014
硕士论文
[1]pH和温度双重响应性的两嵌段聚合物刷的制备及性能研究[D]. 曹岚.华东理工大学 2018
[2]石墨烯层层自组装功能纺织品制备及其性能研究[D]. 胡希丽.青岛大学 2016
[3]聚乙烯醇基高吸水海绵材料工艺改良的研究[D]. 钟国鸣.华南理工大学 2013
本文编号：3053072
【文章来源】：天津工业大学天津市
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
具有正向响应模式的智能膜；在刺激(如温度(a)，pH(b)，紫外线(c)或磁场(d))存在或增加时，膜的通透性会通过打开膜孔而急剧增加[1]
天津工业大学硕士学位论文4图1-2具有反向响应模式的智能膜；在刺激(如温度(a)，pH(b)，紫外线(c)或氧化(d))存在或增加时，膜的通透性会随膜孔关闭而快速减小[1]Figure1-2Smartgatingmembraneswithanegatively-responsivegatingmodel.Themembranepermeabilitydecreasesdramaticallythroughclosingmembraneporesinresponsetoanincreaseinorpresenceofastimulus,suchastemperature(a),pH(b),UVlight(c),oroxidation(d)[1].1.3氧化石墨烯1.3.1氧化石墨烯的性质氧化石墨烯(GrapheneOxide，GO)[23]是石墨烯的一种衍生物，具有独特的二维纳米结构，优异的力学性能、强亲水性、抑菌性能、热稳定性、抗污染性能等。氧化石墨烯片层中含有大量的羟基、羧基、羰基和环氧官能团[24]。几十年来，氧化石墨烯纳米薄片的结构一直存在争议，含氧官能团的类型和分布均存在不确定性。Lerf等[25]提出的GO模型被相关学者利用核磁共振得到了有效证明，其模型如图1-3所示，羟基及环氧官能团分布于氧化石墨烯片层的上、下表面，羧基分布在氧化石墨烯片层的边缘位置，这些含氧官能团的存在增加了氧化石墨烯的活性，并易与一些极性有机分子或聚合物形成强相互作用或化学键，有利于形成氧化石墨烯插层物或剥离复合材料，增加与其他材料的相容性，并在水处理、光学、催化、电荷存储以及电极材料等[26,27]领域得到广泛应用。
第一章前言5HOOCOHOOHOOOOHOHOOOHOOOOCOOHCOOHOHOHOOOHOOHO图1-3氧化石墨烯的结构模型[25]Figure1-3structuralmodelofgrapheneoxide[25].1.3.2氧化石墨烯的传质机理氧化石墨烯膜具有独特的纳米结构，据报道[28]氧化石墨烯膜不允许其他液体如：丙酮、己烷、乙醇、癸烷和丙醇通过，同样氩气、氢气、氮气甚至氦气等气体几乎也无法渗透穿过膜层，只允许水分子无阻碍地渗透。这种现象是由于含氧官能团与氧化石墨烯纳米片相连，形成能够维持层间间隙的支柱，此时羧基和羟基的亲水性(吸引水分子)会在氧化石墨烯片层间形成一个曲折的网络通道[29,30]，仅允许水分子的运输，阻止更大尺寸和疏水性分子的扩散。更重要的是，这些官能团通过亲和作用聚集在一起，在未氧化的氧化石墨烯纳米薄片上形成了巨大的渗透区域[31]，因此，氧化石墨烯层间非氧化区域会产生更大间隙，这有利于单层水的通过[32]。然而，氧化区域很可能会与引入的水分子发生强烈反应，使水的渗透量下降。图1-4水、大分子和离子通过层状排列的氧化石墨烯片层的示意图[28]Fig.1-4Schematicdiagramofgosheetlayerswithwater,macromolecules,andionsarrangedinlayers[28].
【参考文献】：
期刊论文
[1]Controlling reduction degree of graphene oxide membranes for improved water permeance[J]. Qing Zhang,Xitang Qian,Khalid Hussain Thebo,Hui-Ming Cheng,Wencai Ren. Science Bulletin. 2018(12)
[2]压力响应膜的压力响应性及其过滤特性[J]. 赵学辉,王捷,郑雅文,张宏伟. 中国给水排水. 2012(21)
[3]氧化石墨烯的制备与改性研究[J]. 魏珊珊,杨军明,谢翔,许向阳,汪涛,黄春华. 矿冶工程. 2012(03)
[4]用鸡蛋清中的卵清蛋白测定常用超滤膜的切割分子量[J]. 祝振鑫,吴立明,胡晓珺. 膜科学与技术. 1999(05)
博士论文
[1]基于氧化石墨烯的混合基质膜的制备及其性能研究[D]. 肖淑娟.天津工业大学 2017
[2]pH和温度响应型高分子智能膜的制备、性能及应用研究[D]. 江萍.中南大学 2014
硕士论文
[1]pH和温度双重响应性的两嵌段聚合物刷的制备及性能研究[D]. 曹岚.华东理工大学 2018
[2]石墨烯层层自组装功能纺织品制备及其性能研究[D]. 胡希丽.青岛大学 2016
[3]聚乙烯醇基高吸水海绵材料工艺改良的研究[D]. 钟国鸣.华南理工大学 2013
本文编号：3053072
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