本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯二維膜材料設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用研究

  更多相關(guān)文章： 氧化石墨烯膜 共價(jià)交聯(lián) 機(jī)械性能 結(jié)構(gòu)調(diào)控 油水分離

【摘要】：氧化石墨烯膜具有柔性高、結(jié)構(gòu)致密以及分離效果優(yōu)異等特點(diǎn),在二維材料構(gòu)建、傳感器、能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。近年來,氧化石墨烯膜在水處理、氣體分離等研究領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注,但其較低的機(jī)械性能是廣大研究者所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。提高氧化石墨烯膜機(jī)械性能的主要策略是通過外加作用力來提高相鄰氧化石墨烯片的相互作用,主要包括范德華力、氫鍵、靜電作用力及共價(jià)作用。其中共價(jià)交聯(lián)被認(rèn)為是層間最有效的交聯(lián)方式,因此具有重要的研究?jī)r(jià)值。另外氧化石墨烯膜局限的流體通道限制了其在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用,所以膜的結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)調(diào)控成為亟待解決的問題。本論文針對(duì)以上問題的解決策略展開了相關(guān)研究：采用聚醚胺D400作為交聯(lián)劑,通過共價(jià)交聯(lián)制備機(jī)械性能優(yōu)良的膜材料；以濾紙作為氧化石墨烯負(fù)載基體模板,甲基三氯硅烷(MTS)為表面改性劑,制備了具有微米孔道表面超疏水的氧化石墨烯復(fù)合膜,拓展了其在油水分離領(lǐng)域應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：1.采用共價(jià)交聯(lián)策略制備機(jī)械性能良好的氧化石墨烯復(fù)合膜。將真空誘導(dǎo)輔助組裝與低溫共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)相結(jié)合,成功制備氧化石墨烯膜材料。即在氧化石墨烯的體系中引入聚醚胺D400,D400分子兩端的氨基與氧化石墨烯片的環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)反應(yīng),從而使相鄰的氧化石墨烯片發(fā)生共價(jià)交聯(lián)作用,這種共價(jià)交聯(lián)能夠明顯提高膜的機(jī)械性能。分析發(fā)現(xiàn)交聯(lián)作用增強(qiáng)與層間距增大強(qiáng)度削弱相競(jìng)爭(zhēng),因此,膜的極限強(qiáng)度隨著D400含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),其中極限強(qiáng)度的最大值比純氧化石墨烯膜高出2.73倍,展現(xiàn)了共價(jià)交聯(lián)在提高膜的機(jī)械性能方面的強(qiáng)大能力。2. 以濾紙為基體模板,通過氧化石墨烯與甲基三氯硅烷兩步浸漬法制備了超疏水的FP@GO@MTS復(fù)合膜,濾紙基體不僅為流體提供了微米級(jí)別的通道,而且在宏觀上改變了氧化石墨烯片的堆疊方式；氧化石墨烯作為膜的基本構(gòu)建模塊,不僅提高了材料的表面粗糙度,而其表面富含的含氧官能團(tuán)可與濾紙纖維素之間通過氫鍵緊密結(jié)合；MTS作為一種低表面能的修飾材料不但降低了氧化石墨烯表面的表面能,其水解產(chǎn)物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)進(jìn)一步增加了復(fù)合膜的粗糙度。低表面能化學(xué)組成與表面微納米結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)賦予復(fù)合膜材料優(yōu)良的超疏水性能,因此,復(fù)合膜材料具有優(yōu)異的油水分離選擇性及穩(wěn)定的使用壽命。該技術(shù)手段為擴(kuò)展氧化石墨烯膜在水處理領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路及可能性。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨烯膜 共價(jià)交聯(lián) 機(jī)械性能 結(jié)構(gòu)調(diào)控 油水分離
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-30
• 1.1 二維膜材料的概述10-12
• 1.1.1 分離膜的分類10-12
• 1.1.2 膜技術(shù)的應(yīng)用12
• 1.2 氧化石墨烯概述12-21
• 1.2.1 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)12-16
• 1.2.2 氧化石墨烯的性質(zhì)16-18
• 1.2.3 氧化石墨烯的制備18-19
• 1.2.4 氧化石墨烯的應(yīng)用19-21
• 1.3 氧化石墨烯二維膜材料概述21-28
• 1.3.1 氧化石墨烯膜材料的分類22-23
• 1.3.2 氧化石墨烯膜的結(jié)構(gòu)23-24
• 1.3.3 氧化石墨烯膜的制備方法24-25
• 1.3.4 氧化石墨烯膜的應(yīng)用25-28
• 1.3.5 氧化石墨烯二維膜材料的研究熱點(diǎn)28
• 1.4 本論文的研究思路和內(nèi)容28-30
• 2 實(shí)驗(yàn)部分30-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及設(shè)備儀器30-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料30-31
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備31
• 2.1.3 分析儀器31-32
• 2.2 樣品表征32-34
• 2.2.1 傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)32
• 2.2.2 X射線衍射圖樣(XRD)32
• 2.2.3 拉曼光譜(Raman)32
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡(SEM)32-33
• 2.2.5 透射電鏡(TEM)33
• 2.2.6 熱重分析(TGA)33
• 2.2.7 元素分析(EA)33
• 2.2.8 X射線光電子能譜分析(XPS)33
• 2.2.9 動(dòng)態(tài)機(jī)械分析(DMA)33-34
• 3 基于共價(jià)交聯(lián)氧化石墨烯膜的制備及性能34-54
• 3.1 引言34-36
• 3.2 樣品的制備36-38
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備36
• 3.2.2 氧化石墨烯膜的制備36-37
• 3.2.3 化學(xué)交聯(lián)的氧化石墨烯膜的制備37-38
• 3.2.4 未經(jīng)交聯(lián)的氧化石墨烯膜的制備38
• 3.3 樣品的表征38-47
• 3.3.1 宏觀照片38-39
• 3.3.2 熱重分析39-40
• 3.3.3 形貌分析40-41
• 3.3.4 XRD分析41-42
• 3.3.5 EDS分析42-43
• 3.3.6 TEM分析43-44
• 3.3.7 FT-IR分析44-45
• 3.3.8 XPS分析45-46
• 3.3.9 DMA分析46-47
• 3.4 不同D400含量CCG膜的結(jié)構(gòu)及機(jī)械性能分析47-53
• 3.4.1 XRD分析47-48
• 3.4.2 熱重分析48-49
• 3.4.3 元素分析49-50
• 3.4.4 SEM分析50-51
• 3.4.5 樣品的機(jī)械性能測(cè)試51-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 4 氧化石墨烯復(fù)合膜的制備及油水分離性能54-71
• 4.1 引言54-56
• 4.2 樣品的制備56-57
• 4.2.1 氧化石墨烯復(fù)合膜的制備56
• 4.2.2 甲基三氯硅烷改性的復(fù)合膜的制備56-57
• 4.3 樣品的表征57-64
• 4.3.1 膜潤(rùn)濕性測(cè)試57-58
• 4.3.2 制備條件優(yōu)化58-59
• 4.3.3 材料宏觀照片59-60
• 4.3.4 SEM表征60-61
• 4.3.5 FT-IR分析61-62
• 4.3.6 EDS分析62-63
• 4.3.7 XPS分析63-64
• 4.4 油水分離性能分析64-67
• 4.4.1 FP@GO@MTS膜油水分離性能定性測(cè)試64-65
• 4.4.2 不同體系的油水分離性能測(cè)試65-66
• 4.4.3 不同體系的油水分離循環(huán)性能測(cè)試66-67
• 4.5 機(jī)理推測(cè)67-68
• 4.6 機(jī)理驗(yàn)證68-69
• 4.7 油水分離之后材料的形貌表征69-70
• 4.8 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-82
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況82-83
• 致謝83-84
• 作者簡(jiǎn)介84-85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：934525