二维材料构筑层级分离膜及其性能的研究

发布时间：2024-04-21 15:13

　　有机溶剂纳滤(Organic solvent nanofiltration,OSN)是一种将纳滤过程应用在有机相的新型膜分离技术,可以使有机混合物在分子水平上通过压力驱动来分离,对工业生产中产生的有机废液进行高效、环保的处理与回收十分重要。如何构筑高性能的分离膜,是当前研究者们十分关注的问题。二维材料膜和金属有机框架材料(MOF)膜都能够对溶液在分子或离子层面进行分离,但在研究过程中仍存在一些问题。首先是不同研究工作中以相同方式制备的氧化石墨烯膜在分离应用上并不遵循trade-off效应;其次是大多数研究工作中制备MOF膜的过程繁琐,不易于操作和实现。因此,如何能够构筑出以相对简单的方法制备高分离性能膜,对于促进分离膜研究领域的发展是十分有必要的。本文以二维材料和MOF材料为研究对象,通过简单的真空抽滤的方法制备了两种不同构型的层级分离膜材料,实现有机溶剂中染料分子的高效分离,其中研究的主要内容如下:(1)利用氧化石墨烯(GO)横向片径尺寸的差异导致的膜分离性能的差异,将这种片层的横向尺寸差距放大,将差距有一个数量级以上两种不同的GO片层按照三种模式通过真空抽滤进行组装,考察了不同组装...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1二维材料的主要类型和相对应的膜[2]

第一章·绪论18等，都被认为是制备高性能分离膜的绝佳构筑单元。二维材料一般具有多孔或无孔结构，因此，它们制备为分离膜可分为两种形式：纳米片和层状膜[2]（图1）。通常，前者由单层或几层的二维材料组成，这些材料具有固有的均匀大小的孔（例如，沸石，金属有机框架材料）或用于选择性渗透的....

图1.3二维层状膜的层间调节机制[16]

第一章·绪论20率地截留水合Na+，则GO膜中的层间距应小于0.7nm。Han等[27]报道了超薄（22-53nm）的、应用于纳滤过程的还原氧化石墨烯（rGO）膜，该膜的纯水渗透通高达21.8L·m-2·bar-1·h-1，对甲基蓝的截留率高于99%，对盐类有着中等的截留水平，他....

图1.5（a）不同厚度膜的MoS2膜对细胞色素和伊文思蓝染料的水通量和截留率；（b）比较2.1μm厚的MoS2膜（黑色正方形）和1.8μm厚的GO（蓝色正方形）膜在不同压力下的透水性能[34]

第一章·绪论22相反，体现出MoS2膜的优良抗压性能（如图1.5（b）所示）。之后Sun等使用相似的方式制备出了WS2纳米片及其相应的膜，并且形貌特征上同MoS2膜相似，WS2膜的分离性能优于MoS2膜，渗透通量高达930L·m-2·bar-1·h-1，并且在经过增压测试过程后W....

图1.6MAX相的剥离过程和MXene的形成示意图[40]

第一章·绪论23图1.6MAX相的剥离过程和MXene的形成示意图[40]Fig.1.6SchematicfortheexfoliationprocessofMAXphasesandformationofMXenes[40]图1.7MXene膜的制备[39]Fig.1.7MXen....

本文编号：3961062