氧化石墨烯/季铵化壳聚糖复合膜的制备及其纳滤传质机理的研究

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本文以石墨粉为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯(GO)。以GO为聚阴电解质,2-羟丙基-3-三甲基氯化铵壳聚糖(HTCC)为聚阳电解质,并以聚醚砜(PES)超滤膜为基膜,通过静电层层自组装制备(HTCC/GO)nHTCC复合膜。探讨了GO浓度、组装顺序和层数等因素对复合膜性能的影响,对无机盐和PPCPs进行截留研究。通过红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)、核磁共振氢谱(1H-NMR)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)等方法进行表征。建立了(HTCC/GO)nHTCC复合膜分离中性的卡马西平(CBZ)和聚乙二醇1000(PEG-1000)的SKK预测模型和CFSD预测模型。  结果显示,(HTCC/GO)nHTCC复合膜的最佳制备条件:HTCC的质量浓度为5.0 g/L,GO的质量浓度为0.75 g/L,交联剂环氧氯丙烷(ECH)的质量分数为2.0%,层数为4.5个双层,交联时间为21 h,交联和干燥温度分别为50℃和60℃。(HTCC/GO)4HTCC复合膜的纯水渗透系数为24.02 L/(m2·h),截留分子量为1313 Da。4.5个双层的复合膜亲水性较强,SEM观察发现基膜表面覆盖了一层致密的活性层,经组装后的膜表面粗超度降低,抗污性能较好。复合膜对四种PPCPs的截留效果为氨氯地平(AML)>阿替洛尔(ATE)>CBZ>布洛芬(IBU),反映了复合膜荷正电特性,其中,对水溶液带负电的IBU去除率随NaCl浓度的增大而增大,对带正电的ATE和AML的截留率随NaCl浓度的增大而降低,而CBZ受盐浓度的影响较小。建立的SKK和CFSD预测模型能较好的预测物质的截留性能,相对误差小于6%,对纳滤膜分离中性物质的传质过程具有实际参考意义。
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