氧化石墨烯層狀反滲透膜的脫鹽性能研究.pdf

1、石墨烯因具有高比表面積及優(yōu)異的電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等性能而受到廣泛關(guān)注，尤其在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用。氧化石墨烯（GO）作為石墨烯的衍生物，含有大量的含氧官能，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和表面特性在水處理領(lǐng)域表現(xiàn)出潛在應(yīng)用價值。研究表明，基于GO的層狀薄膜對污水中的有機(jī)物大分子和水合直徑較大的離子具有良好的去除性能，但是對于鹽水中氯化鈉的去除率較低。
　　本論文通過真空抽濾法在多孔陽極氧化鋁基底上制備了亞微米級厚度的GO層狀薄膜。在低壓反滲透條件下

2、，通過自制便攜式脫鹽裝置進(jìn)行了低濃度鹽溶液的滲透實驗。探究了GO薄膜的脫鹽機(jī)理，及鹽溶液離子化合價比、鹽濃度和pH對水流速和脫鹽率的影響。分析表明，脫鹽率主要受鹽離子水合半徑的大小、鹽離子對氧化石墨烯孔道間距的調(diào)節(jié)強(qiáng)度的影響。鹽離子的水合半徑越大，離子作用強(qiáng)度越強(qiáng)，脫鹽率越高。去質(zhì)子化和質(zhì)子化也能提高鹽溶液的脫鹽率。
　　為了提高GO薄膜的脫鹽性能，對GO薄膜進(jìn)行了一系列的改性。如通過氫碘酸還原、氧化鈦納米片插層和殼聚糖交聯(lián)的方法

3、。經(jīng)氫碘酸蒸汽還原的還原氧化石墨烯（RGO）薄膜的脫鹽率隨還原時間先增加后下降，最高達(dá)到30.7％。究其原因表明，GO薄膜被還原后，含氧官能團(tuán)減少，RGO和Al3+的交聯(lián)作用減弱，造成了薄膜大面積的脫落和一系列的缺陷，導(dǎo)致較低的脫鹽率。之后通過插層和交聯(lián)的方法來調(diào)控GO納米片的層間距，制備了膜厚逐漸增加的GO、GO/氧化鈦和GO/氧化鈦/殼聚糖復(fù)合層狀薄膜。對其進(jìn)行了光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和X射線衍射表征。結(jié)果表明，氧化鈦納米片的插

4、入和殼聚糖的交聯(lián)作用精確調(diào)控GO的層間距。由于氧化鈦的光致還原作用，在紫外光照射下，GO/氧化鈦復(fù)合薄膜被緩慢還原。層狀薄膜的脫鹽率隨膜厚的增加而提升，在GO含量相同時，RGO/氧化鈦復(fù)合薄膜的脫鹽率同GO薄膜相比提高了1.5倍，GO/氧化鈦/殼聚糖復(fù)合層狀薄膜和GO薄膜相比脫鹽率提高了3倍以上，最高值達(dá)到30%左右。水通量高達(dá)71.6-143.2L/m2 hMPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他反滲透膜材料。GO薄膜脫鹽率仍較低，但是這種插層和交聯(lián)的方