石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备及其分离性能研究
发布时间：2021-09-03 07:48
石墨烯具有优越的物理和化学性能,在许多领域都表现了独特的应用价值。它具有二维蜂窝状SP2杂化的碳六元环晶体结构,只有一个碳原子的厚度。结构完整的石墨烯是由碳原子连续六元环所构成的,理论上的完美石墨烯是不能透过任何气体或者液体的,可以作为防腐材料。但是如果在石墨烯中人为制造一些可供一定尺寸的气体分子或者液体分子通过的纳米级或者微米级的孔洞,这样石墨烯就可以作为高效的分离膜,并且具有一个原子厚度的超快的传输速度。而上述理想的单层石墨烯分离膜制备工艺还不成熟,还无法制备面积较大用于实际应用的分离薄膜,目前的研究基本上还处于理论阶段,用于实验研究的单层分离膜基本上用于气体分离。石墨烯的衍生物氧化石墨烯为表面带有含氧官能团的石墨烯,其保留了石墨烯的部分性能,并且制备方法较简单,可实现大规模制备。本文基于石墨烯纳米材料具有以上的优越性能,制备了高温还原石墨烯（GR）、氧化石墨烯/碳纳米管复合分离薄膜（GO/CNT分离膜）和石墨烯/碳纳米管复合分离薄膜（rGO/CNT分离膜）,将其用于重金属Pb2+离子和Co2+离子的分离,并系统的研究了其分离性能和分离机理。全文主要研究内容如下:（1）利用Humm...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同种类的分离膜[27]
3图 1.2 薄膜分离示意图[28]Fig 1.2 Schematic illustration of membrane separation（2）纳滤膜纳滤膜的孔径在 1nm-2nm 之间，它能够截留分子量大约为 150-500 道尔顿左右的有机污染物，盐的截留率大约为 2%-98%之间。常用于除去地下水的硬度、进行油水分离、药物分离等领域。发达国家的纳滤膜已经进入了商品化阶段，我国刚刚处于起步阶段。（3）超滤膜超滤膜的孔径大约在 2nm 到 100nm 之间。超滤膜的出现时间最早，其在上个世纪的中期就已经实现了工业化的生产，由于其所需要的分离操作压力相对
厚度为 35nm，如图 1.3 为其沉积类金刚石分离膜的工艺过程。 其中图1.3(A)为氧化铝膜上形成的无支撑的 DLC 膜（类金刚石薄膜）的示意图.通过图1.3（B)生成的 DLC 膜的内部结构可以看到，膜内具有众多的纳米级的孔洞。其在多孔铝底膜上还沉积了一层大约 80nm 厚的纳米线，然后在沉积的纳米线上再进行沉积 DLC 碳膜，再用盐酸溶解去掉纳米线，最后获得了 35nm 厚的 DLC 膜。这种通过化学气相沉积的 DLC 可用于分离薄膜。但是由于化学气相沉积方法制备成本较高，并且 DLC 薄膜的制备工艺也较为复杂。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强AZ91镁基复合材料的力学性能[J]. 袁秋红,曾效舒,吴俊斌. 机械工程材料. 2016(08)
[2]氧化石墨的清洗工艺改进及其结构表征[J]. 王艳春,曾效舒,袁秋红,敖志强,杨文庆. 科学技术与工程. 2016(19)
[3]石墨烯纳米片/AZ91镁基复合材料制备与力学性能[J]. 袁秋红,曾效舒,吴俊斌,叶达林. 特种铸造及有色合金. 2016(03)
[4]化学还原石墨烯薄膜的制备及结构表征[J]. 王艳春,曾效舒,魏嘉麒,敖志强,杨文庆. 材料导报. 2016(02)
[5]Recent advances in nanoporous graphene membrane for gas separation and water purification[J]. Chengzhen Sun,Boyao Wen,Bofeng Bai. Science Bulletin. 2015(21)
[6]石墨烯及氧化石墨烯对分离膜改性的方法、效能和作用机理[J]. 王茜,郭晓燕,邵怀启,周启星,胡万里,宋晓静. 化学进展. 2015(10)
[7]碱改性ZSM-5沸石分子筛吸附去除水中Pb2+的研究[J]. 张健,万东锦,刘永德,李功坤. 环境工程技术学报. 2015(04)
[8]多孔石墨烯分离CH4/CO2的分子动力学模拟[J]. 温伯尧,孙成珍,白博峰. 物理化学学报. 2015(02)
[9]逐层法制备碳纳米管/石墨烯透明导电玻璃[J]. 魏嘉麒,曾效舒,朱栋泉,刘震云,罗雷. 材料科学与工程学报. 2014(04)
[10]石墨烯透明导电薄膜的合成与表征[J]. 王永祯,王勇,刘志涛,蔡晓岚. 中国有色金属学报. 2014(07)
博士论文
[1]石墨烯纳滤膜的制备、改性及其性能研究[D]. 韩燚.浙江大学 2014
[2]化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究[D]. 吴天如.南京航空航天大学 2012
[3]石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D]. 吴洪鹏.北京交通大学 2012
[4]半导体和氧化物表面石墨烯的生长和结构表征及锰掺杂碳化硅稀磁半导体研究[D]. 唐军.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]层层自组装技术制备碳纳米管/石墨烯透明导电薄膜[D]. 魏嘉麒.南昌大学 2014
[2]不锈钢基多孔金属/类水滑石复合膜的制备及膜滤性能研究[D]. 肖甜.北京化工大学 2014
[3]氧化石墨烯超滤分离膜[D]. 黄虎彪.浙江大学 2014
[4]化学气相沉积（CVD）生长高质量的石墨烯及其性能的研究[D]. 常全鸿.上海师范大学 2012
[5]金属膜处理油田采出水的膜污染机理及控制对策研究[D]. 王伟伟.中国海洋大学 2011
本文编号：3380720
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
不同种类的分离膜[27]
3图 1.2 薄膜分离示意图[28]Fig 1.2 Schematic illustration of membrane separation（2）纳滤膜纳滤膜的孔径在 1nm-2nm 之间，它能够截留分子量大约为 150-500 道尔顿左右的有机污染物，盐的截留率大约为 2%-98%之间。常用于除去地下水的硬度、进行油水分离、药物分离等领域。发达国家的纳滤膜已经进入了商品化阶段，我国刚刚处于起步阶段。（3）超滤膜超滤膜的孔径大约在 2nm 到 100nm 之间。超滤膜的出现时间最早，其在上个世纪的中期就已经实现了工业化的生产，由于其所需要的分离操作压力相对
厚度为 35nm，如图 1.3 为其沉积类金刚石分离膜的工艺过程。 其中图1.3(A)为氧化铝膜上形成的无支撑的 DLC 膜（类金刚石薄膜）的示意图.通过图1.3（B)生成的 DLC 膜的内部结构可以看到，膜内具有众多的纳米级的孔洞。其在多孔铝底膜上还沉积了一层大约 80nm 厚的纳米线，然后在沉积的纳米线上再进行沉积 DLC 碳膜，再用盐酸溶解去掉纳米线，最后获得了 35nm 厚的 DLC 膜。这种通过化学气相沉积的 DLC 可用于分离薄膜。但是由于化学气相沉积方法制备成本较高，并且 DLC 薄膜的制备工艺也较为复杂。
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强AZ91镁基复合材料的力学性能[J]. 袁秋红,曾效舒,吴俊斌. 机械工程材料. 2016(08)
[2]氧化石墨的清洗工艺改进及其结构表征[J]. 王艳春,曾效舒,袁秋红,敖志强,杨文庆. 科学技术与工程. 2016(19)
[3]石墨烯纳米片/AZ91镁基复合材料制备与力学性能[J]. 袁秋红,曾效舒,吴俊斌,叶达林. 特种铸造及有色合金. 2016(03)
[4]化学还原石墨烯薄膜的制备及结构表征[J]. 王艳春,曾效舒,魏嘉麒,敖志强,杨文庆. 材料导报. 2016(02)
[5]Recent advances in nanoporous graphene membrane for gas separation and water purification[J]. Chengzhen Sun,Boyao Wen,Bofeng Bai. Science Bulletin. 2015(21)
[6]石墨烯及氧化石墨烯对分离膜改性的方法、效能和作用机理[J]. 王茜,郭晓燕,邵怀启,周启星,胡万里,宋晓静. 化学进展. 2015(10)
[7]碱改性ZSM-5沸石分子筛吸附去除水中Pb2+的研究[J]. 张健,万东锦,刘永德,李功坤. 环境工程技术学报. 2015(04)
[8]多孔石墨烯分离CH4/CO2的分子动力学模拟[J]. 温伯尧,孙成珍,白博峰. 物理化学学报. 2015(02)
[9]逐层法制备碳纳米管/石墨烯透明导电玻璃[J]. 魏嘉麒,曾效舒,朱栋泉,刘震云,罗雷. 材料科学与工程学报. 2014(04)
[10]石墨烯透明导电薄膜的合成与表征[J]. 王永祯,王勇,刘志涛,蔡晓岚. 中国有色金属学报. 2014(07)
博士论文
[1]石墨烯纳滤膜的制备、改性及其性能研究[D]. 韩燚.浙江大学 2014
[2]化学气相沉积法生长高质量石墨烯及其光电性能研究[D]. 吴天如.南京航空航天大学 2012
[3]石墨烯的制备及在超级电容器中的应用[D]. 吴洪鹏.北京交通大学 2012
[4]半导体和氧化物表面石墨烯的生长和结构表征及锰掺杂碳化硅稀磁半导体研究[D]. 唐军.中国科学技术大学 2011
硕士论文
[1]层层自组装技术制备碳纳米管/石墨烯透明导电薄膜[D]. 魏嘉麒.南昌大学 2014
[2]不锈钢基多孔金属/类水滑石复合膜的制备及膜滤性能研究[D]. 肖甜.北京化工大学 2014
[3]氧化石墨烯超滤分离膜[D]. 黄虎彪.浙江大学 2014
[4]化学气相沉积（CVD）生长高质量的石墨烯及其性能的研究[D]. 常全鸿.上海师范大学 2012
[5]金属膜处理油田采出水的膜污染机理及控制对策研究[D]. 王伟伟.中国海洋大学 2011
本文编号：3380720
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