離子型稀土是國家戰(zhàn)略資源,其特殊的提取方法,決定了在正常開采完后,山體中流出的水(尾水)仍然含有氨氮和稀土離子,一方面污染環(huán)境,另一方面導致稀土損失,因此,研究尾水中稀土的回收具有重要意義,與常規(guī)原地浸礦尾水處理方法相比,納濾膜既能達到很好處理效果又可對尾水中稀土離子富集回收。本文將自制氧化石墨烯改性納濾膜應用于尾水中稀土的回收,具有創(chuàng)新性和實用性。(1)采用Hummers法制備氧化石墨烯(GO),利用濃硫酸(H_2SO_4)和KMnO_4對石墨進行氧化,破壞石墨層間作用力,達到石墨片層被徹底氧化且剝離。對獲得的氧化石墨烯的微觀、化學結(jié)構(gòu)表征顯示:氧化石墨烯呈薄片狀結(jié)構(gòu),邊緣有褶皺重疊現(xiàn)象,這些褶皺的出現(xiàn)可為納濾膜增加輸水通道,進而改善其滲透性;氧化石墨烯中的羧基(—COOH)、羥基(—OH)等親水性官能團,使其具有了親水性;該氧化石墨烯的C:O=62:38,層間距0.83nm,表明石墨在氧化過程中的規(guī)整度被破壞了,石墨片層已被成功的氧化剝離。氧化石墨烯的這些特性為將其用于納濾膜的親水性改性提供了依據(jù)。(2)以聚砜超濾膜(PSF)為基膜,以水相中哌嗪(PIP)和有機相中均苯三甲酰氯(TMC)為活性單體,通過二者發(fā)生界面聚合反應來進行對納濾膜的制備,同時在水相中添加氧化石墨烯將其引入納濾膜,實現(xiàn)改性。對獲得的納濾膜微觀結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)及滲透性能表征,表明氧化石墨烯的加入使納濾膜表面凸起增加,粗糙度降低,當添加量為0.07wt%GO時,凸起形成團聚且粗糙度上升;經(jīng)改性后含氮量增加、含親水性官能團增加、水接觸角減小,表明親水性增強,且在不同pH下,其負電性均強于未改性的納濾膜;隨著氧化石墨烯添加量的增加,鹽截留率呈現(xiàn)降低趨勢,膜水通量逐漸升高,在添加量為0.06wt%時,水通量達到最大,為98.2L/(m~2·h),當添加量高于0.07wt%GO時,水通量下降。綜合分析表明,氧化石墨烯改性納濾膜制備成功,且氧化石墨烯添加量為0.04~0.06wt%時,膜滲透性能較好。(3)采用氧化石墨烯含量為0.06wt%的改性納濾膜和未改性納濾膜分別對離子型稀土浸礦尾水中稀土離子進行富集試驗,將尾水中La、Y、Nd、Pr和Ce配制成濃度為0.0013mol/L溶液。結(jié)果表明,兩種膜在進料流量為5~6L/(m~2·min)、操作壓力為0.6 MPa~0.8MPa、pH為4.5~5.0、溫度為25℃~30℃時,對稀土離子的富集達最佳。且改性納濾膜對稀土溶液的富集效果優(yōu)于未改性納濾膜,在最佳條件下,二者對稀土溶液截留的水通量分別為23.3~48.3L/(m~2·h)、15.5~37.35L/(m~2·h),對稀土離子的回收率分別為82.3~99.2%、73.4~89.6%。在抗污染性能試驗中,經(jīng)16h的截留后,未改性納濾膜的純水通量恢復率為78.5%,而改性納濾膜的純水通量恢復率為95.1%,表明經(jīng)氧化石墨烯改性的納濾膜具有更強的抗污染性能。
【學位單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X753;TB383.2
【部分圖文】：

是納濾膜結(jié)構(gòu)示意圖。圖1.1 納濾膜結(jié)構(gòu)示意圖1.2.2 納濾膜技術(shù)在水處理中的應用現(xiàn)狀納濾膜分離技術(shù)因眾多優(yōu)良的特性，在很多領域都有應用，如在飲用水領域的處理，同時，也廣泛的應用于對工業(yè)廢水及海水淡化等有效處理。而在工業(yè)廢水中，不僅可以有效的作為預處理單元，保證后續(xù)的處理單元有效發(fā)揮，而且可使水質(zhì)達標。在海水淡化方面主要利用其獨特的孔徑可以對水中雜質(zhì)進行高效的富集濃縮。故納濾膜在被廣大學者進行研究，也因其廣泛的應用價值和應用領域。（1）納濾膜在飲用水處理中的應用楊忠盛等[7]將納濾與其他工藝相組合對飲用水處理進行研究發(fā)現(xiàn)，納濾對水中三鹵甲烷前體物和鹵乙酸前體物的去除效果可達 90%以上。何忠等[8]在深度處理飲用水的研究中表明，納濾膜工藝對大部分的消毒副產(chǎn)物去除率在 63.7%以上。

的含氧官能團，如羧基（—COOH）、羥基（—OH）等。氧化石墨烯具有較大比表面積和較好機械強度、親水性及分散性的優(yōu)點得益于其層狀結(jié)構(gòu)，將氧化石墨烯應用于膜分離技術(shù)有較好應用前景。氧化石墨烯化學結(jié)構(gòu)如圖1.2[87]。圖1.2 氧化石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖1.6.2 氧化石墨烯的應用氧化石墨烯具有柔韌性強、導熱性強和親水性好等特性，在多個領域均有應用，最普遍的如環(huán)境、能源和醫(yī)學等領域。

同時，褶皺的存在也供應了另外的輸水通道，在一定程度上可以改善納濾膜的通量。圖2.1 氧化石墨烯透射電鏡（TEM）圖2.5.2 氧化石墨烯化學結(jié)構(gòu)分析（1）傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析如圖 2.2 所示為自制氧化石墨烯的紅外光譜圖像，對其進行化學結(jié)構(gòu)的表征。在3437cm-1處有一個明顯的吸收峰，該位置為親水性官能團羧基（-COOH）上的羥基（-OH）的吸收峰，表明氧化石墨烯具備作為納濾膜親水性改性材料的特性。在 1625cm-1處出現(xiàn)了碳碳雙鍵（C=C）的伸縮振動峰，在 1400cm-1處的吸收峰代表了氧化石墨烯中存在C-H 面內(nèi)彎曲振動，在 1060cm-1處出現(xiàn)了酮（C-O）的振動吸收峰，以上性能結(jié)果均符合常規(guī)氧化石墨烯特性，表明自制氧化石墨烯制備的成功，此外，這些化學結(jié)構(gòu)性能使得將其用于對納濾膜的親水性改性成為可能。
【參考文獻】

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本文編號：2839857