论文部分内容阅读
近年来,随纳米科技的不断发展,将纳米材料用于制备高性能复合膜已成为膜技术领域的一个前沿研究方向。本文首次将氧化石墨烯（graphene oxide）用于氧化石墨烯/聚砜（PSf）复合超滤膜和氧化石墨烯/Nafion复合质子交换膜的制备,并分别对其性能进行了研究。采用改进的Hummers法与超声波作用联合制得氧化石墨烯。研究表明,制得的氧化石墨烯表面较粗糙,不全是单片层结构,存在几个单片层的叠加;在水、溶剂NMP和DMAc中能依靠静电排斥作用较好地分散;与氧化石墨相比,其化学结构无较明显差异,说明超声作用并没有破坏片层表面的含氧官能团,只是使片层剥离;其具有较好的热稳定性,完全失重温度可达630℃;基本不传导电子,为绝缘体,电导率为1.74×10-9S/m;有一定的质子传导能力,30℃时的质子电导率为6.85×10-5S/cm。采用浸没相转化法制备出氧化石墨烯/聚砜复合超滤膜。研究结果显示,氧化石墨烯能显著改变聚砜膜的内部结构,影响膜的孔隙率和平均孔径,且当其含量较高时,膜内出现横向孔;复合膜的膜面接触角减小,亲水性能得到改善;纯水通量最高可达聚砜膜的2.3倍,对BSA的截留率没有明显下降,均维持在85%以上;机械强度显著提高,最高可达聚砜膜的2倍,且这种效果在致密膜中能更好地体现;复合膜显现出同聚砜膜相似的耐热性能。制备出氧化石墨烯/Nafion复合质子交换膜。研究结果显示,复合膜具有良好的热稳定性能,随氧化石墨烯含量的增加,更利于膜在高温下保持尺寸稳定性;其膜表面接触角减小,亲水性能逐渐增强;拉伸强度最高可达到22.39MPa,比重铸Nafion提高了44%;复合膜的甲醇透过系数均低于重铸Nafion膜,阻醇性能得到改善;复合膜仍保有Nafion材料较高的质子传导能力,当温度超过120℃时,重铸Nafion膜的电导率开始下降,而复合膜（氧化石墨烯添加量超过2wt.%）的电导率仍在升高。