基于碳纳米管分离膜的制备及其电化学辅助膜分离性能的研究
发布时间：2025-03-29 22:27
膜分离具有高效、环保、节能、操作简便、易于控制等优点,在水处理领域具有极其广阔的应用前景。然而,传统膜分离的主要机理是机械筛分,即截留尺寸大于或近似于膜孔径的污染物,而无法去除尺寸小于膜孔径的污染物。同时,膜渗透性与膜选择性之间的矛盾关系以及膜污染等问题也严重制约着膜分离的推广应用。针对这些问题,本论文设计和制备了基于碳纳米管的分离膜(CNTM),利用其优异的导电性实现了电化学与膜分离的耦合,通过电化学辅助作用改善了分离膜的选择性和抗污染性,并揭示了电化学辅助膜分离的机理。主要研究结果如下：1)采用压片烧结-真空抽滤两步法制备了平板式类石墨烯碳-碳纳米管(Gr-CNT)/陶瓷分离膜,然后通过施加电偏压实现膜分离与电化学耦合,并研究了耦合工艺对水体中不同电性和尺度污染物的分离性能。实验结果表明,耦合工艺在+1.5 V Vs.Ag/AgCl偏压下,处理尺寸与膜孔径相当的二氧化硅微球时的截留去除率和膜通量分别达到单独膜分离的1.13和1.50倍；尺寸小于膜孔径且带负电荷的聚苯乙烯微球(PS NPs)在耦合工艺中的扩散-吸附速率达到单独膜分离的7.45倍,PS NPs的去除量较单独膜分离提高了4...
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
主要缩写表
1 绪论
1.1 引言
1.2 膜分离简介
1.2.1 膜分离分类
1.2.2 膜分离的应用
1.3 碳材料分离膜简介
1.3.1 传统碳材料分离膜
1.3.2 碳纳米管分离膜
1.3.3 石墨烯及其衍生物分离膜
1.3.4 碳纳米纤维分离膜
1.3.5 复合碳纳米材料分离膜
1.4 电化学在水处理中的应用
1.4.1 电增强吸附/脱附
1.4.2 电化学降解
1.4.3 能量回收
1.4.4 电致润湿
1.5 选题依据、研究目的及内容
1.5.1 选题依据
1.5.2 研究目的与内容
2 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的制备及其电化学辅助分离性能
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验材料与试剂
2.2.2 设备与仪器
2.2.3 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的制备
2.2.4 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的表征方法
2.2.5 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的性能考察
2.3 结果与讨论
2.3.1 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的形貌和性能参数
2.3.2 电化学辅助类石墨烯碳-陶瓷分离膜的水处理性能
2.4 本章小结
3 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 设备与仪器
3.2.3 陶瓷基底的制备
3.2.4 碳纳米管涂膜液的制备
3.2.5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的制备
3.2.6 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的表征与分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 陶瓷平板基底的形貌表征与分析
3.3.2 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的性能表征和调控
3.3.3 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的物理化学稳定性
3.4 本章小结
4 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜在电化学辅助下的截留选择性
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂、设备与仪器
4.2.2 实验装置与测试步骤
4.2.3 水质监测与分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对近似于膜孔径污染物的分离性能
4.3.2 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对小于膜孔径污染物的分离性能
4.3.3 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对有机分子的分离性能
4.3.4 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜再生性能
4.3.5 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对天然有机质的分离性能
4.4 本章小结
5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的制备及其电化学辅助抗膜污染性能的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料与试剂
5.2.2 设备与仪器
5.2.3 陶瓷中空纤维膜基底的制备
5.2.4 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的制备
5.2.5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的表征及分析方法
5.2.6 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜抗污染性能的考察方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 陶瓷中空纤维膜基底的形貌和性能参数
5.3.2 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的形貌和性能参数
5.3.3 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗生物污染性能
5.3.4 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗有机污染性能
5.3.5 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗综合污染性能
5.4 本章小结
6 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜处理地表水的中试研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料与试剂
6.2.2 仪器与设备
6.2.3 碳纳米管-陶瓷管式分离膜的制备
6.2.4 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜中试设备
6.2.5 中试设备的水处理性能评估方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 碳纳米管-陶瓷管式分离膜的性能
6.3.2 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜的水处理性能
6.3.3 电化学辅助膜分离水处理的运行能耗
6.4 本章小结
7 自支撑碳纳米管中空纤维膜的制备及其膜蒸馏性能研究
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 实验材料与试剂
7.2.2 设备与仪器
7.2.3 自支撑碳纳米管中空纤维膜的制备
7.2.4 自支撑碳纳米管中空纤维膜的性能表征
7.2.5 膜蒸馏实验装置
7.2.6 水质检测及分析方法
7.3 结果与讨论
7.3.1 自支撑碳纳米管中空纤维膜形貌及性能参数
7.3.2 自支撑碳纳米管中空纤维膜的膜蒸馏性能
7.4 本章小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
本文编号：4037743
【文章页数】：162 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
主要缩写表
1 绪论
1.1 引言
1.2 膜分离简介
1.2.1 膜分离分类
1.2.2 膜分离的应用
1.3 碳材料分离膜简介
1.3.1 传统碳材料分离膜
1.3.2 碳纳米管分离膜
1.3.3 石墨烯及其衍生物分离膜
1.3.4 碳纳米纤维分离膜
1.3.5 复合碳纳米材料分离膜
1.4 电化学在水处理中的应用
1.4.1 电增强吸附/脱附
1.4.2 电化学降解
1.4.3 能量回收
1.4.4 电致润湿
1.5 选题依据、研究目的及内容
1.5.1 选题依据
1.5.2 研究目的与内容
2 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的制备及其电化学辅助分离性能
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 实验材料与试剂
2.2.2 设备与仪器
2.2.3 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的制备
2.2.4 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的表征方法
2.2.5 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的性能考察
2.3 结果与讨论
2.3.1 类石墨烯碳-陶瓷分离膜的形貌和性能参数
2.3.2 电化学辅助类石墨烯碳-陶瓷分离膜的水处理性能
2.4 本章小结
3 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的制备
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 实验材料和试剂
3.2.2 设备与仪器
3.2.3 陶瓷基底的制备
3.2.4 碳纳米管涂膜液的制备
3.2.5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的制备
3.2.6 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的表征与分析方法
3.3 结果与讨论
3.3.1 陶瓷平板基底的形貌表征与分析
3.3.2 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的性能表征和调控
3.3.3 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜的物理化学稳定性
3.4 本章小结
4 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜在电化学辅助下的截留选择性
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验试剂、设备与仪器
4.2.2 实验装置与测试步骤
4.2.3 水质监测与分析方法
4.3 结果与讨论
4.3.1 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对近似于膜孔径污染物的分离性能
4.3.2 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对小于膜孔径污染物的分离性能
4.3.3 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对有机分子的分离性能
4.3.4 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜再生性能
4.3.5 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷分离膜对天然有机质的分离性能
4.4 本章小结
5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的制备及其电化学辅助抗膜污染性能的研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 实验材料与试剂
5.2.2 设备与仪器
5.2.3 陶瓷中空纤维膜基底的制备
5.2.4 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的制备
5.2.5 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的表征及分析方法
5.2.6 电化学辅助类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜抗污染性能的考察方法
5.3 结果与讨论
5.3.1 陶瓷中空纤维膜基底的形貌和性能参数
5.3.2 类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的形貌和性能参数
5.3.3 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗生物污染性能
5.3.4 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗有机污染性能
5.3.5 电化学辅助下类石墨烯碳-碳纳米管/陶瓷中空纤维膜的抗综合污染性能
5.4 本章小结
6 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜处理地表水的中试研究
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 实验材料与试剂
6.2.2 仪器与设备
6.2.3 碳纳米管-陶瓷管式分离膜的制备
6.2.4 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜中试设备
6.2.5 中试设备的水处理性能评估方法
6.3 结果与讨论
6.3.1 碳纳米管-陶瓷管式分离膜的性能
6.3.2 电化学辅助碳纳米管-陶瓷管式分离膜的水处理性能
6.3.3 电化学辅助膜分离水处理的运行能耗
6.4 本章小结
7 自支撑碳纳米管中空纤维膜的制备及其膜蒸馏性能研究
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 实验材料与试剂
7.2.2 设备与仪器
7.2.3 自支撑碳纳米管中空纤维膜的制备
7.2.4 自支撑碳纳米管中空纤维膜的性能表征
7.2.5 膜蒸馏实验装置
7.2.6 水质检测及分析方法
7.3 结果与讨论
7.3.1 自支撑碳纳米管中空纤维膜形貌及性能参数
7.3.2 自支撑碳纳米管中空纤维膜的膜蒸馏性能
7.4 本章小结
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
本文编号：4037743
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