论文部分内容阅读
由于氧化石墨烯具(GO)有独特的二维片状结构,良好的亲水性及物理化学性质可调等特性,使其可作为理想的膜材料应用在分离膜领域中以提高膜性能。通过共价键或非共价键改性,氧化石墨烯可与其他功能分子相结合,从而调节膜结构使其表现出不同的分离性能。本文使用真空抽滤法制备了氧化石墨烯复合膜,通过接枝聚多巴胺来调整膜结构使膜表现出了良好的渗透汽化有机物脱水性能。此外,为使膜对盐溶液也表现出优秀的分离性能,采用静电自组装的方法制备出了表面带有高正电性纳滤膜,并通过改变组装条件控制膜结构以获得性能优异的纳滤脱盐膜。主要工作如下:1、在一定条件下将多巴胺与GO反应,制备了一系列不同反应时间的聚多巴胺接枝氧化石墨烯(PDA-g-GO)。以水解后的聚丙烯腈(h-PAN)为基膜,通过真空抽滤的方法制备复合膜。GO表面聚多巴胺的负载量随着反应时间的增加而增加。分别对乙醇/水混合物及异丙醇/水混合物进行渗透汽化实验,由于异丙醇分子尺寸大于乙醇分子,根据尺寸筛分效应,对异丙醇/水体系复合膜的分离效果更优。此外通过在GO表面接枝聚多巴胺可有效的调节膜内纳米通道的尺寸。聚多巴胺负载量不同时,复合膜表现出不同的分离性能。当反应时间为2 h时,PDA-g-GO/hPA N复合膜在30℃渗透汽化分离70wt%异丙醇-水体系时渗透侧水含量高达99.7%,且由于纳米通道尺寸的增加,膜的通量相比于GO/hPAN复合膜提高了39.0%,可达2273 g/m2·h。2、将带正电的聚乙烯亚胺(PEI)和带负电的GO通过静电自组装法制备了表面带有高正电性的纳滤膜。GO独特的二维结构和极高的长径比使其能容易的组装在膜表面,相邻GO片间所形成的纳米通道摩擦阻力低,可允许水分子的快速通过,使膜表现出高水通量。组装在外层的PEI使复合膜表面带有高正电性,有利于多价阳离子的截留。实验详细研究了PEI浓度、组装时间和GO浓度对膜纳滤性能的影响。最优条件下制备的分离膜对MgCl2溶液表现出了优异的分离性能,在温度为30℃,操作压力为0.5 MPa的条件下对Mg2+的截留率为93.9%,水通量为20.8L/m2·h。