不同浓度阳离子控制层间距的氧化石墨烯膜及其在离子分离中的应用研究

发布时间：2021-04-23 16:23

　　膜技术作为一种高效、快捷的分离手段,在不同领域有着广阔的用途。而氧化石墨烯膜因其可调控的层间距,成为近来最重要的膜材料之一。此外,氧化石墨烯膜还具有超薄、节能、高流量等特点,在离子、分子的筛分、海水淡化等领域有着重要的研究价值。实现离子、分子等筛分的重要手段是调控氧化石墨烯片层间的距离。这种可变动的片层间距离既是机遇也是挑战:变动的层间距可满足不同尺寸离子、分子间的筛分,但同时由于氧化石墨烯膜在水溶液中的溶胀问题,使得其要想在水溶液中保持足够小的层间距以满足小离子的截留、筛分,仍是一项巨大的挑战。虽然,目前已有很多尝试去调节、控制小尺寸的氧化石墨烯层间距,但这一进展并不显著,使得氧化石墨烯膜的应用受到了极大的限制。本文探索了一种新的、控制氧化石墨烯层间距的手段,即基于水合阳离子-π作用,通过改变阳离子的浓度来实现对氧化石墨烯膜层间距的调控。X射线衍射（XRD）实验表明,氧化石墨烯膜的层间距随阳离子浓度的升高而减小,其中,最高浓度1.5 M K⁺离子控制的氧化石墨烯膜与水溶液中自然状态下的氧化石墨烯膜相比,其层间距减小了2.1?,减小效果显著。紫外吸收光谱（UV）实... 

【文章来源】：上海大学上海市 211工程院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 氧化石墨烯简介
        1.1.1 碳基纳米材料概述
        1.1.2 氧化石墨烯的结构和性质
        1.1.3 氧化石墨烯的制备方法
        1.1.4 还原氧化石墨烯及其还原方法
    1.2 氧化石墨烯膜简介
        1.2.1 膜技术简介
        1.2.2 氧化石墨烯膜的制备方法
        1.2.3 氧化石墨烯膜的表征方法
        1.2.4 氧化石墨烯膜的应用
    1.3 水合阳离子-π理论
        1.3.1 离子-π作用简介
        1.3.2 水合阳离子-π作用简介
        1.3.3 水合阳离子-π作用的理论计算
        1.3.4 水合阳离子-π作用的实验验证
        1.3.5 水合阳离子-π作用的相关应用
    1.4 本课题研究的目的、意义和及主要研究内容
第二章 实验材料与分析方法
    2.1 实验试剂材料与仪器
        2.1.1 实验原始材料及其标准,玻璃器皿的预处理
        2.1.2 仪器设备
    2.2 氧化石墨烯膜的制备及表征
        2.2.1 氧化石墨烯的制备
        2.2.2 氧化石墨烯膜的制备
        2.2.3 氧化石墨烯膜的形貌表征
        2.2.4 氧化石墨烯膜的性能表征
    2.3 控制氧化石墨烯膜层间距的实验
        2.3.1 实验步骤
        2.3.2 膜层间距的分析方法
    2.4 氧化石墨烯膜的离子渗透实验
        2.4.1 不同实验方法的比较
        2.4.2 实验步骤
        2.4.3 仪器分析方法
第三章 水合阳离子-π作用的阳离子浓度效应
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验材料及膜的制备
        3.2.2 实验仪器
        3.2.3 实验原理及步骤
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 不同浓度阳离子控制氧化石墨烯膜层间距的X射线衍射（XRD）检测
        3.3.2 阳离子浓度效应的紫外吸收光谱（UV）检测
        3.3.3 基于阳离子-π中不同浓度阳离子控制层间距的膜的渗透实验
        3.3.4 KCl控制的氧化石墨烯膜对其他离子渗透行为的影响
        3.3.5 膜厚度对离子渗透速率的影响
        3.3.6 膜的稳定性
        3.3.7 膜的水通量
    3.4 本章小结
第四章 高浓度KCl控制的氧化石墨烯膜用于一价离子和二价离子的分离
    4.1 引言
    4.2 实验方法
        4.2.1 实验材料
        4.2.2 实验仪器
        4.2.3 实验原理及步骤
    4.3 实验结果与讨论
        4.3.1 单一离子的渗透
        4.3.2 一价与二价混合离子在高浓度KCl控制的氧化石墨烯膜上的渗透分离
        4.3.3 一价与二价离子在高浓度NaCl控制的氧化石墨烯膜上的渗透分离
        4.3.4 膜分离性能的影响因素
        4.3.5 膜的分离稳定性
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 研究结论
    5.2 展望
参考文献
作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文
致谢



本文编号：3155648