本文關(guān)鍵詞： 氧化石墨烯 聚乙二醇 交聯(lián) 傳質(zhì)變化　出處：《東華大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：氧化石墨烯(GO)由于其特殊的物化性能,作為新興的材料在膜分離領(lǐng)域越來越受關(guān)注,但其在膜分離過程中的作用機(jī)理目前尚未明確。本課題為克服純氧化石墨烯膜的牢固性問題,采用氧化石墨烯與高分子聚合物共混的方式制備可脫鹽分離膜。為研究脫鹽過程的傳質(zhì)機(jī)理,實(shí)驗(yàn)通過比較GO基膜、PEG膜以及GO與PEG呈不同比例制得的二元復(fù)合膜的脫鹽效果,分析水和鹽在膜分離過程中的的傳質(zhì)機(jī)理,從而探究GO-PEG二元體系復(fù)合膜傳質(zhì)的溶解-擴(kuò)散機(jī)理與孔徑篩分機(jī)理的主導(dǎo)性。實(shí)驗(yàn)中GO基膜和GO-PEG復(fù)合膜均采用壓濾的方法制得,而PEG基膜通過紫外交聯(lián)成膜方法制得。本課題主要基于滲透池測(cè)試裝置和死端過濾裝置,對(duì)比研究不同復(fù)合膜材料的鹽通量、滲透系數(shù)、水通量和截鹽率等重要參數(shù)對(duì)膜材料性能進(jìn)行分析和表征。通過接觸角、TEM、SEM、XRD和FTIR等表征測(cè)定,建立復(fù)合濾膜的親疏水性、微觀形貌、晶型和表面官能團(tuán)等與濾膜制備條件的聯(lián)系,結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,優(yōu)化制備工藝。表征結(jié)果表明,氧化石墨烯呈現(xiàn)出褶皺狀的層狀結(jié)構(gòu),且PEG能夠與氧化石墨烯發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)。隨著PEG組分的增加,GO-PEG復(fù)合膜內(nèi)部晶面間距、膜表面褶皺和膜粗糙均呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),但膜內(nèi)碳原子的晶體缺陷則呈現(xiàn)減少趨勢(shì)。另一方面,隨著peg量的增加,復(fù)合膜的厚度逐漸增加且穩(wěn)定性得到一定程度的增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)過程中采用氯化鈉、氯化鎂、硫酸銅、氯化鋁四種典型的鹽溶液進(jìn)行性能測(cè)試。滲透池測(cè)試結(jié)果表明,復(fù)合膜對(duì)于氯化鈉的鹽通量要遠(yuǎn)高于其他三種離子,這是由于鈉離子的水合離子半徑要小于其他三種離子且鈉離子與go上的官能團(tuán)發(fā)生作用力較弱。對(duì)于go基膜而言,在0.1摩爾的氯化鈉溶液中的鹽通量能達(dá)到49.25gmh,分別比相同條件下氯化鎂、硫酸銅和氯化鋁溶液中的鹽通量高出9.68倍、11.17倍和3.85倍。對(duì)于go-peg復(fù)合膜而言,隨peg量的增加鹽通量呈逐漸減小趨勢(shì)。當(dāng)復(fù)合膜peg:go=5:1時(shí),相比較go基膜,四種鹽溶液鹽通量分別下降了91.45%、60.18%、75.5%和89.74%。實(shí)驗(yàn)過程中增加鹽溶液濃度時(shí),氯化鈉離子的鹽通量變化程度要高于其他三種離子。另外去除底膜后,復(fù)合膜對(duì)于四種鹽離子的鹽通量均有一定程度的降低,說明去除底膜后在一定程度上有效緩解了膜材料的內(nèi)部濃差極化現(xiàn)象。對(duì)膜進(jìn)行死端過濾測(cè)試可以發(fā)現(xiàn),go-peg復(fù)合膜的純水通量隨著peg量的增加而呈現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢(shì)。例如,在0.2mpa的壓力下peg:go=5:1的復(fù)合膜水通量相比較于go基膜而言由32.82lmh下降到16.55lmh。對(duì)于四種鹽溶液而言,復(fù)合膜對(duì)于氯化鎂、硫酸銅、氯化鋁溶液的截鹽率要遠(yuǎn)高于氯化鈉。這是由于鈉離子的水合半徑要小于go納米片之間的間距,所以能快速的通過復(fù)合膜。實(shí)驗(yàn)過程中增大操作壓力,膜的截留率先呈現(xiàn)一個(gè)增大的趨勢(shì),然后再趨于平穩(wěn),表明膜具有一個(gè)最佳截留壓力。增大實(shí)驗(yàn)溶液的濃度,會(huì)使膜的截鹽率呈現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢(shì),這是由于離子與膜之間的道南效應(yīng)導(dǎo)致的。另外發(fā)現(xiàn)四種鹽溶液的滲透體積通量均要高于純水通量,但氯化鈉溶液的滲透體積通量相比較于純水通量的變化值要小于其他三種離子的變化值,原因是由于鈉離子與膜之間的道南排斥力要小于其他三種離子。復(fù)合膜中隨著PEG量的逐漸增大,滲透體積通量變化值而逐漸降低。從滲透系數(shù)變化規(guī)律分析可知,復(fù)合膜中隨著PEG組分含量的增加滲透系數(shù)數(shù)值逐漸靠近PEG膜。這就得出復(fù)合膜中的傳質(zhì)模型逐漸向溶解-擴(kuò)散模型靠近。
[Abstract]:On the other hand , with the increase of PEG component , the salt flux of the composite membrane increased by 9.68 times , 11.17 times and 3.85 times higher than those of other three ions . The results showed that the salt flux of the composite membrane was 9.68 times , 11.17 times and 3.85 times higher than those of other three ions . The salt flux of sodium chloride ion is higher than that of other three kinds of ions . It is found that the water flux of composite membrane is lower than that of sodium chloride .

【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ028.8;P747

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