碳纳米材料/聚合物高通量复合正渗透膜的结构设计

作者
康慧;
摘要
正渗透技术是一项非常有发展空间的膜分离技术,拥有其他膜分离过程不具备的优势,例如耗能低、成膜成本低、效率高、分离范围广等等,这些特点使其在海水淡化及废水处理等领域具有非常大的应用前景。但是正渗透过程中存在浓差极化现象。人们在正渗透膜的制备中引入纳米颗粒来促进正渗透膜性能的提高。但是都集中在单一的一维或者二维纳米材料的掺杂且纳米材料在界面聚合层中很容易发生团聚现象。本课题将延续目前已有的研究,以相转化的聚醚砜膜作为基膜。中间构筑聚乙烯醇(PVA)层来增加亲水性,并且界面聚合层中加入氧化石墨烯进行改性来进一步增加水通道且增强亲水性。通过研究可以得出,所有的界面聚合的脊谷结构都可以得到,加入氧化石墨烯后正渗透膜的表面变得更加光滑且表面粗糙度下降,进行涂覆聚乙烯醇之后比未进行PVA涂覆的亲水性较强,但是水通量却表现出较低值。当在界面聚合层中加入氧化石墨烯之后,正渗透膜的水通量提高。当氧化石墨烯的含量达到500 ppm时,盐通量达到了最低值,水通量与盐通量达到了平衡。在上面的研究基础上进行进一步改性,降低支撑层中聚醚砜的含量及去掉聚乙烯醇中间层,通过碳纳米管(OCNTs)与氧化石墨烯(GO)协同作用来共同改性界面聚合层。利用X射线光电子能谱(XPS)可得,在GO和OCNTs的协同下,C=O的比例由5%提高到5.81%,表明GO和OCNTs的协同作用降低了界面聚合层的交联度。通过扫描电镜图和透射电镜图可以得到,GO与OCNT连接一起且均匀地分布在界面聚合层中,界面聚合层整个表面形貌是以GO和OCNTs为基本骨架,而不是独立的脊谷结构,进而说明GO和OCNTs参与了反应且降低交联度。在GO与OCNT协同效应下,正渗透膜的水通量和盐通量分别达到1 14 LMH和5.17 gMH,且表现出来较低的结构系数S值(201.8μm)。最终获得了综合性能理想的正渗透膜。实现了一维碳纳米管与二维氧化石墨烯可以通过官能团与聚合物链进行连接,且碳纳米管支撑起氧化石墨烯片层从而形成独特的孔道来提升水通量。
关键词/主题词
正渗透;氧化石墨烯;碳纳米管;界面聚合;交联度
页数
81
出版日期
2019-01-19
学位授予单位
天津工业大学
学位年度
2019
学位
硕士
导师
刘丽妍
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