【摘要】：隨著石墨烯材料與石墨烯孔制備技術(shù)的快速發(fā)展,多孔石墨烯作為分離膜得到諸多應(yīng)用,基于多孔石墨烯膜的反滲透研究引起廣泛關(guān)注。本文利用分子動(dòng)力學(xué)方法研究了鹽溶液在多孔石墨烯膜中的反滲透過(guò)程,探究了多孔石墨烯膜的反滲透性能。研究結(jié)果將對(duì)多孔石墨烯膜反滲透性能研究及多孔石墨烯膜設(shè)計(jì)提供一定的理論指導(dǎo)。基于單層帶孔石墨烯膜反滲透模型,探究鹽溶液濃度、壓強(qiáng)、孔結(jié)構(gòu)對(duì)膜反滲透性能影響。研究發(fā)現(xiàn)鹽溶液濃度變化時(shí)對(duì)多孔石墨烯膜水通量影響較小,但多孔石墨烯膜鹽離子截留性能隨鹽濃度增加而提高。其次,研究發(fā)現(xiàn)多孔石墨烯膜的水通量隨著壓強(qiáng)增加而增大,鹽離子截留性能隨著壓強(qiáng)增大而降低。此外在多孔石墨烯膜孔面積變化時(shí),多孔石墨烯膜水通量隨孔面積增大而提高,水通量可達(dá)172 L?cm~(-2)?day~(-1)?MPa~(-1),在相同鹽離子截留性能條件下比實(shí)驗(yàn)報(bào)道中聚酰胺復(fù)合反滲透膜的水通量高2-3個(gè)量級(jí)。多孔石墨烯膜孔面積對(duì)鹽離子截留性能有重要影響,當(dāng)孔徑小于鹽離子水合半徑時(shí),鹽離子被多孔石墨烯膜完全截留,當(dāng)孔徑大于鹽離子水合半徑時(shí),離子截留率隨孔面積增大而減小。在多孔石墨烯膜孔構(gòu)型變化時(shí),發(fā)現(xiàn)水分子透過(guò)多孔石墨烯膜孔構(gòu)型越趨近圓形態(tài)能障越低,多孔石墨烯膜的水通量越高,膜鹽離子截留性能隨著孔構(gòu)型趨近圓形態(tài)而降低。基于多層帶孔石墨烯膜反滲透模型,探究鹽溶液濃度、壓強(qiáng)、層錯(cuò)和層間距,及層數(shù)變化和引入梯度孔對(duì)膜反滲透性能影響。研究結(jié)果表明鹽溶液濃度變化時(shí),水分子透過(guò)雙層多孔石墨烯膜的能障變化比較小,膜水通量變化可不考慮,膜的鹽離子截留性能隨著鹽溶液濃度增大而提高。當(dāng)增大壓強(qiáng)時(shí),水分子透過(guò)雙層多孔石墨烯膜的能障會(huì)減小,膜水通量隨壓強(qiáng)增加而增大,鹽離子截留性能隨壓強(qiáng)增大而降低。在考慮雙層多孔石墨烯膜層間距和層錯(cuò)距離變化時(shí),發(fā)現(xiàn)水分子透過(guò)平衡間距雙層多孔石墨烯膜能障最小,相應(yīng)的膜水通量最大。隨著層間距增大,雙層多孔石墨烯膜能障增大,膜水通量減小,鹽離子截留性能則是隨著層間距的增大而提高。此外,水分子透過(guò)雙層多孔石墨烯膜的能障隨層錯(cuò)間距的增加而增大,水分子透過(guò)時(shí)能量要求提高,所以膜的水通量減少,而鹽離子截留性能隨層錯(cuò)間距的增大而提高。當(dāng)多孔石墨烯膜層數(shù)變化時(shí),結(jié)果表明:層數(shù)增加后水分子透過(guò)多孔石墨烯膜的能障作用更為顯著,水分子越難透過(guò)多孔石墨烯膜,從而膜的水通量減小,鹽離子截留性能則隨著層數(shù)的增加而增強(qiáng);當(dāng)引入梯度孔結(jié)構(gòu)時(shí),發(fā)現(xiàn)梯度孔結(jié)構(gòu)使得水分子透過(guò)膜的能障作用增強(qiáng),從而膜的水通量減少,但鹽離子截留性能在引入梯度孔結(jié)構(gòu)后得到提高。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ051.893;TQ127.11
【圖文】：

圖 1.1 左圖為石墨烯蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，右圖為對(duì)應(yīng)布里淵區(qū)Fig. 1.1 Left：honeycomb structure lattice of graphene, right: Brillouin 有同尋常的電荷傳輸能力，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)載流子可以近光速在目前已知的最快的電子遷移率[26]且不受溫度的影響。在光學(xué)烯沒(méi)有帶隙所以對(duì)光容易飽和，具有低的光飽和通量，石墨烯以吸收 3.2% 的白光使得其在光學(xué)領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景，如高伏電器[27-29]等。實(shí)驗(yàn)中利用非接觸光學(xué)技術(shù)[30]測(cè)得懸浮的石墨為(5.3±0.48）×103W m-1 K-1，導(dǎo)熱系數(shù)高于碳納米管，是金，石墨烯卓越的導(dǎo)熱性能非常有利于微熱電器應(yīng)用和熱能管理單原子厚度，但石墨烯本身不具滲透性，沒(méi)有粒子能夠透過(guò)石墨烯基本單元，其穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)不易被輕易破壞。利用粒子[32]等制造孔穴增強(qiáng)了石墨烯的滲透性能，使得基于多孔石墨設(shè)計(jì)應(yīng)用成為可能。

圖 1.2 高能離子轟擊法制備多孔石墨烯過(guò)程Fig. 1.2 Process to drill pores in graphene by high-energy ions圖 1.3 氬離子轟擊制備多孔石墨烯過(guò)程圖Fig. 1.3 Way of creating porous graphene by Ar+ion轟擊法制備的多孔石墨烯成本較高，不利于規(guī)�；a(chǎn)，研究人員方法催化氧化[49]、腐蝕[50]等方法制備多孔石墨烯。中國(guó)石油大學(xué)鎂片層經(jīng)煮沸處理來(lái)構(gòu)建 200-400 nm 的氫氧化鎂片層，隨后在 5水，形成具有網(wǎng)孔的氧化鎂片層，通入用于化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)石

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張金磊;沸石分子篩膜與多孔碳材料的合成及表征[D];吉林大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2721214