新型炔碳复合纳滤膜的制备及其性能研究
发布时间：2021-03-30 17:15
纳滤（Nanofiltration,NF）技术具有透水性好,操作压力低以及对染料分子保持良好截留效果的优点,在饮用水生产、海水淡化和废水处理等领域受到广泛关注。但是,传统的纳滤膜由于受到“Trade-Off”效应的限制,无法在提高水通量的同时保持较高的选择性。因此,开发新型膜材料并对复合膜进行优化,一直是科学家们的研究热点。炔基碳材料（ACM）是一种新型碳基纳米材料,主要由sp2杂化碳和sp1杂化碳组成,本身固有3-5 nm的均匀分布孔隙,由于其高孔隙率以及表面的超亲水性,是高渗透性和选择性膜的理想选择。本研究首次以ACM为纳米添加材料制备新型ACM复合纳滤膜,并应用于水处理,研究其对有机染料和腐殖酸（HA）的分离性能。本研究首先采用多巴胺（DA）对ACM进行改性,通过真空辅助法在聚丙烯腈（PAN）基底上制备ACM-V复合膜。多巴胺在改性ACM的同时增强了复合膜的稳定性。探讨了不同炔碳材料、不同的聚合物基底对复合膜性能的影响,并确定了最优的的制膜材料:ACM-5型炔碳材料和PAN基底。通过FTIR、XPS、SEM、AFM等手段对复合膜制备过程中的结构变化进行分析表征,结合不同DA与AC...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２薄层复合膜的结构示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??
聚合物多孔层的作用是降低透过液的传质阻力，从而提高ＴＦＣ膜??的水通量；底层的无纺布支撑层具有良好的机械强度，起到支撑作用，防止膜在压力??驱动下损坏。与纤维素膜相比，ＴＦＣ膜的优势在于可以通过对每一层进行独立设计，??以在透水性、溶质选择性以及化学和热稳定性方面达到理想的膜分离性能ｔ２Ｇ］。目前，??ＴＦＣ膜被认为是最受欢迎和最可靠的纳滤膜材料，利用ＴＦＣ膜进行水处理，其渗透??通量和水质比起初提高了?１０倍以上［２１＿２２］。??ｚ超簿活性分离层??？＊＿?无纺布支撑层??图１－２薄层复合膜的结构示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??尽管纳滤膜分离技术目前用于各种应用中，但科学家们仍在致力于寻找更好的纳??滤膜材料。现今大多数纳滤膜是由有机高分子材料制备而成，有机高分子种类繁多，??可以提供多种结构和性能，醋酸纤维素（ＣＡ）和硝酸纤维素聚砜（ＰＳＵ）?［２６］，??聚醚砜（ＰＥＳ）［２７］，聚丙烯腈（ＰＡＮ）?［２８－２９］，聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）?［３Ｑ＿３１］，聚丙烯（ＰＰ），??聚乙烯醇（ＰＶＡ），聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）和聚酰亚胺（ＰＩ）代表了目前使用最广泛的有??机纳滤膜材料［３２］（图１－３）。纳滤膜也可以由无机膜材料制备而成，如陶瓷、碳基膜材??料、二硫化钼（Ｍ〇Ｓ２）?［３３３、石墨碳氮化物（ｇ－Ｃ３Ｎ４）?［３４］和新型的二维过渡金属碳／氮化??物（ＭＸｅｎｅ）?等。此外，纳滤膜也可以通过有机无机杂化材料制备而成。??ＣＡ?〇ＡＣ?°?ＰＳＵ?Ｗ。切分??－＊?ｎ??－?Ｌ?｜?ｎ?Ｌ?」ｎ??ＰＥＳ
文???１．２．４新型炔碳复合纳滤膜??１?＼??Ｃｔ－＞Ｃ＾Ｃ?＝?Ｃ－??？?＿〇＝〇?〇．〇＝〇＿??雜１，／???卢??ｚｃ＝＝弋?１?＂??＼?ｃ，＞＝ｒｎ?＞〇－６＾°??ＰＨＨＣｓ?Ｖ?？￣〇＾ｃ＝ｃ?ｗＷ、??（ｃｗｕ，?ｃ，）￣＜ａ?，令?＇＇〇、??ＣｔＣＩ６．ＣＭＨ４ＢｒＩ（））?１＝＝＝＝＝＾?、?，?？?Ｎ?，??一?％?？／?＼?／??Ｕｌ＿ＳＬ—ｇ｜－＿ｇｊ?／?＼?／?％??、?／?＼?／?＼??图１－４新型炔基碳材料的合成路线??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｒｏｕｔｅ?ｏｆ?ｎｅｗ?ａｌｋｙｎｙｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??炔基碳材料是一种新型碳同素异形体，受到越来越多的关注。其独特的ＳＰ－ＳＰ２碳??原子，均匀的孔和高度７１共轭的结构在诸如气体分离，催化，水修复，湿度传感器和??能源相关领域的实际应用中提供了潜在的应用价值。Ｌｉ等［７５］人首次通过化学合成的方??法，利用六炔基苯在铜片表面的催化作用下发生偶联反应，成功地在铜片表面上，合??成出炔碳薄膜。但生长在铜箔上的薄膜，不利于测试其膜分离性能。我们团队首次利??用电石为碳源，通过机械化学反应成功合成炔基碳材料纳米粉末，方便应用到膜分离??领域％７７］。Ｌｉ等＾通过同样方法制备了?丫－石墨块，并通过系列表征证明Ｙ－石墨炔为单??晶纳米片形貌，晶格常数为０．６９?ｎｍ，是一种带隙能为２．５８?ｅｖ的Ｐ型半导体［７５］。炔基??碳材料作为一种新型的多孔碳材料，具有固有的均匀分布孔隙，由于其超亲水性和高??孔隙率，也是高渗透性和选择性膜的理想选择。Ｚｈａｏ等通过共沉
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声雾化喷涂工艺制备醋酸纤维素多孔膜[J]. 张晓琨,张晓晴,伍芳,赵媛媛,向勇. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]Recent developments in nanofiltration membranes based on nanomaterials[J]. Yanli Ji,Weijie Qian,Yawei Yu,Quanfu An,Lifen Liu,Yong Zhou,Congjie Gao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
[3]纳滤分离机理及应用于高含盐溶液脱盐的进展[J]. 陈利,沈江南,林龙,周露明. 过滤与分离. 2009(04)
[4]纳滤膜分离技术的研究进展[J]. 何毅,李光明,苏鹤祥,赵建夫. 过滤与分离. 2003(03)
博士论文
[1]基于多巴胺辅助共沉积技术的高性能复合纳滤膜研究[D]. 吕嫣.浙江大学 2018
[2]碳化钙的反应活化及新应用基础研究[D]. 李英杰.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]氧化石墨烯-聚乙烯亚胺复合超滤膜的制备、调控及分离性能研究[D]. 张丽娜.浙江大学 2019
[2]利用CaC2和多卤代烃的机械化学反应制备碳材料[D]. 刘庆楠.北京化工大学 2017
[3]可高效分离单糖与二糖的复合纳滤膜的制备及研究[D]. 邢阳.北京化工大学 2015
本文编号：3109850
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２薄层复合膜的结构示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??
聚合物多孔层的作用是降低透过液的传质阻力，从而提高ＴＦＣ膜??的水通量；底层的无纺布支撑层具有良好的机械强度，起到支撑作用，防止膜在压力??驱动下损坏。与纤维素膜相比，ＴＦＣ膜的优势在于可以通过对每一层进行独立设计，??以在透水性、溶质选择性以及化学和热稳定性方面达到理想的膜分离性能ｔ２Ｇ］。目前，??ＴＦＣ膜被认为是最受欢迎和最可靠的纳滤膜材料，利用ＴＦＣ膜进行水处理，其渗透??通量和水质比起初提高了?１０倍以上［２１＿２２］。??ｚ超簿活性分离层??？＊＿?无纺布支撑层??图１－２薄层复合膜的结构示意图??Ｆｉｇ．１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｉｎ－ｆｉｌｍ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅ??尽管纳滤膜分离技术目前用于各种应用中，但科学家们仍在致力于寻找更好的纳??滤膜材料。现今大多数纳滤膜是由有机高分子材料制备而成，有机高分子种类繁多，??可以提供多种结构和性能，醋酸纤维素（ＣＡ）和硝酸纤维素聚砜（ＰＳＵ）?［２６］，??聚醚砜（ＰＥＳ）［２７］，聚丙烯腈（ＰＡＮ）?［２８－２９］，聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）?［３Ｑ＿３１］，聚丙烯（ＰＰ），??聚乙烯醇（ＰＶＡ），聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）和聚酰亚胺（ＰＩ）代表了目前使用最广泛的有??机纳滤膜材料［３２］（图１－３）。纳滤膜也可以由无机膜材料制备而成，如陶瓷、碳基膜材??料、二硫化钼（Ｍ〇Ｓ２）?［３３３、石墨碳氮化物（ｇ－Ｃ３Ｎ４）?［３４］和新型的二维过渡金属碳／氮化??物（ＭＸｅｎｅ）?等。此外，纳滤膜也可以通过有机无机杂化材料制备而成。??ＣＡ?〇ＡＣ?°?ＰＳＵ?Ｗ。切分??－＊?ｎ??－?Ｌ?｜?ｎ?Ｌ?」ｎ??ＰＥＳ
文???１．２．４新型炔碳复合纳滤膜??１?＼??Ｃｔ－＞Ｃ＾Ｃ?＝?Ｃ－??？?＿〇＝〇?〇．〇＝〇＿??雜１，／???卢??ｚｃ＝＝弋?１?＂??＼?ｃ，＞＝ｒｎ?＞〇－６＾°??ＰＨＨＣｓ?Ｖ?？￣〇＾ｃ＝ｃ?ｗＷ、??（ｃｗｕ，?ｃ，）￣＜ａ?，令?＇＇〇、??ＣｔＣＩ６．ＣＭＨ４ＢｒＩ（））?１＝＝＝＝＝＾?、?，?？?Ｎ?，??一?％?？／?＼?／??Ｕｌ＿ＳＬ—ｇ｜－＿ｇｊ?／?＼?／?％??、?／?＼?／?＼??图１－４新型炔基碳材料的合成路线??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｒｏｕｔｅ?ｏｆ?ｎｅｗ?ａｌｋｙｎｙｌ?ｃａｒｂｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ??炔基碳材料是一种新型碳同素异形体，受到越来越多的关注。其独特的ＳＰ－ＳＰ２碳??原子，均匀的孔和高度７１共轭的结构在诸如气体分离，催化，水修复，湿度传感器和??能源相关领域的实际应用中提供了潜在的应用价值。Ｌｉ等［７５］人首次通过化学合成的方??法，利用六炔基苯在铜片表面的催化作用下发生偶联反应，成功地在铜片表面上，合??成出炔碳薄膜。但生长在铜箔上的薄膜，不利于测试其膜分离性能。我们团队首次利??用电石为碳源，通过机械化学反应成功合成炔基碳材料纳米粉末，方便应用到膜分离??领域％７７］。Ｌｉ等＾通过同样方法制备了?丫－石墨块，并通过系列表征证明Ｙ－石墨炔为单??晶纳米片形貌，晶格常数为０．６９?ｎｍ，是一种带隙能为２．５８?ｅｖ的Ｐ型半导体［７５］。炔基??碳材料作为一种新型的多孔碳材料，具有固有的均匀分布孔隙，由于其超亲水性和高??孔隙率，也是高渗透性和选择性膜的理想选择。Ｚｈａｏ等通过共沉
【参考文献】：
期刊论文
[1]超声雾化喷涂工艺制备醋酸纤维素多孔膜[J]. 张晓琨,张晓晴,伍芳,赵媛媛,向勇. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]Recent developments in nanofiltration membranes based on nanomaterials[J]. Yanli Ji,Weijie Qian,Yawei Yu,Quanfu An,Lifen Liu,Yong Zhou,Congjie Gao. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2017(11)
[3]纳滤分离机理及应用于高含盐溶液脱盐的进展[J]. 陈利,沈江南,林龙,周露明. 过滤与分离. 2009(04)
[4]纳滤膜分离技术的研究进展[J]. 何毅,李光明,苏鹤祥,赵建夫. 过滤与分离. 2003(03)
博士论文
[1]基于多巴胺辅助共沉积技术的高性能复合纳滤膜研究[D]. 吕嫣.浙江大学 2018
[2]碳化钙的反应活化及新应用基础研究[D]. 李英杰.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]氧化石墨烯-聚乙烯亚胺复合超滤膜的制备、调控及分离性能研究[D]. 张丽娜.浙江大学 2019
[2]利用CaC2和多卤代烃的机械化学反应制备碳材料[D]. 刘庆楠.北京化工大学 2017
[3]可高效分离单糖与二糖的复合纳滤膜的制备及研究[D]. 邢阳.北京化工大学 2015
本文编号：3109850
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