电沉积制备超薄氧化石墨烯膜及分离性能研究

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氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)作为一种新型的膜材料,因其所具有的单原子层厚度,良好的柔韧,亲水性以及其拥有的规则并且可控的二维孔道等优良特性,在膜分离领域中已经取得了一定的应用。在本课题中,分别利用电沉积法和泡沫液膜干燥法分别在不同载体表面制备用于过滤分离和载体表面修饰的氧化石墨烯膜。并针对其各自的制备、表征以及应用开展了以下研究工作:  通过在多孔不锈钢管和环形电解池壁之间施加恒定电场,将溶液中的氧化石墨烯通过电沉积过程沉积于多孔不锈钢管表面,干燥后获得在多孔不锈钢管表面制备的氧化石墨烯膜。通过这种方法获得的氧化石墨烯膜相比于传统方法制备的氧化石墨烯膜具有更薄的厚度、更强的机械性能、与载体表面更大的结合力以及更小的筛分孔道。气体分离试验中发现电沉积法制备的氧化石墨烯膜对C3(如丙烷、丙烯等)及以上的气体具有很好的阻拦效果,却能够允许C2(如乙烷、乙烯等)及以下气体通过膜;在醇水分离试验中,电沉积制备的氧化石墨烯膜对包括甲醇在内的各种醇类均具有很好的拦截作用;而在脱盐试验中,电沉积制备的氧化石墨烯膜对包括K+,Na+在内的盐离子均有非常好的拦截作用,拦截率可以达到99.5%以上。此外,通过控制沉积时间与电极间距可以控制氧化石墨烯膜的厚度和还原度。电沉积法制备的氧化石墨烯膜厚度与电沉积时间正相关,与电极间距负相关;而还原度与沉积时间正相关。  将粗糙载体在氧化石墨烯溶液表面活性剂混合溶液中进行浸渍提拉,由于氧化石墨烯溶液表面活性剂混合溶液具有很高的表面张力,可以在粗糙载体表面缺陷处形成氧化石墨烯泡沫液膜,经过干燥处理便可对粗糙载体表面进行填补与修饰。泡沫液膜干燥法制备氧化石墨烯膜的成膜与溶液组成和载体表面结构和性质有关。成膜率与氧化石墨烯溶液表面活性剂混合溶液中氧化石墨烯浓度正相关,但是过高的氧化石墨烯浓度会造成膜层厚度过大,其最适合的浓度范围为0.1-0.5mg/L;阴离子表面活性剂效果好于阳离子表面活性剂,以SDBS为例其最适合的浓度范围为0.1-0.5mg/mL;载体表面缺陷越规则,成膜率越高。极易吸水或会改变液膜表面张力的载体表面不容易成膜。
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