水資源匱乏和水污染是全球面臨的難題和挑戰(zhàn),利用膜分離技術將廢水轉化為可用淡水資源可以有效緩解水資源危機。納米膜因其擁有納米尺度的尺寸和孔道,可篩分大分子物質,受到了研究者的廣泛關注,特別是氧化石墨烯基納米膜。氧化石墨烯(GO)膜由具有獨特原子厚度的納米片組裝而成,且水分子可以無阻礙通過,是理想的水處理納米膜。然而,GO膜因其水通量極低,抗壓性能差等問題無法大規(guī)模工業(yè)化應用,盡管研究者已制備出各種不同納米通道尺寸的GO基復合膜以提高其水通量,但現有的GO基復合膜抗壓性能仍然沒有得到改善。本文針對以上問題,通過將二維剛性的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)納米片插層于GO納米片中,得到同時具有高水通量、高截留率、良好抗壓穩(wěn)定性的GO基復合膜。此外,提出不同維度納米材料的復合,將二維GO納米片與一維納米纖維素晶須(CNC)進行復合,從而提高復合膜截留率、抗污染性能。本文的具體研究內容如下:(1)通過制備二維剛性g-C_3N_4納米片插層GO的復合膜(GOCN),增加了復合膜中納米傳輸通道(褶皺或波紋)的數量,且g-C_3N_4納米片具有大量的納米孔和缺陷孔,不阻礙水的傳輸,從而有效地提高復合膜的水通量(為GO膜的兩倍)。此外,由于剛性的g-C_3N_4納米片在GO納米片層間支撐,復合膜納米通道的剛性和穩(wěn)定性增強,即使在0.5 MPa壓力下水通量與壓力仍保持線性關系,GOCN復合膜的抗壓性能顯著提高。(2)通過將二維GO納米片和一維納米纖維素晶須進行復合制備CNC-GO復合膜。利用GO納米片的大橫向面積、片狀結構以及原子級別厚度,改善棒狀CNC形成的無規(guī)則、蓬松通道,從而可提高復合膜對伊文思藍染料分子的截留率(提高15%)。另外,GO納米片的加入使CNC-GO復合膜的含氧官能團數量增加,親水性增強,抗污染性能和化學穩(wěn)定性提高。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TQ051.893
【部分圖文】：

圖 1-1 CQDs 的結構示意圖[6]Figure 1-1 The schematic structure of CQDs[6]米顆粒如 TiO2、SiO2、Si3N4、Fe3O4納米顆粒尺寸在 5-40 nm 之間。通組裝成自支撐膜很困難，納米顆粒膜可以通過在二維界面上分離納米薄膜通過干燥介導的自組裝工藝、過濾和吹脹薄膜擠塑直接在孔內形成[10]。粒組成的單組分納米材料膜包括，由十二烷基硫醇連接的納米金晶體自納米金顆粒單層膜[9]，膠體納米金顆粒功能化膜[11]，聚苯乙烯納米顆粒多孔膜[12]，蛋白質交聯膜[13]，以及利用核殼結構膠體粒子的大規(guī)模自組膠體外層形成的一種新型的多尺度多孔結構[14]。納米顆粒大多被加入陶。一方面，聚合物膜之間納米顆粒的尺寸越小，兩相之間的相互作用就提高聚合物膜的透量、機械性能、親水性和選擇性。另一方面，隨著尺寸�？偸浅尸F出新的性質，如抗菌、抗污染。

第一章 緒論最古老的膜材料之一，人類在分離膜中使用化學和機械改性的纖維素以及原始纖維素的歷史悠久。從上個世紀末開始，一種新型的纖維素——納米纖維素由于其獨特的機械性能、成膜性能、表面改性和安全性已被廣泛應用于工業(yè)領域[16]。根據美國農業(yè)部林業(yè)局和制漿造紙工業(yè)技術協(xié)會(TAPPI)的研究，納米纖維素可以分為兩大類：纖維素納米晶體(CNCs)，也稱為納米纖維素晶須，以及微纖化纖維素(CNF)[17]。最近，Zhu 等人[18]進行了關于天然納米纖維素膜的研究，所得納米纖維素膜的厚度可調控至 23 nm，孔徑可調至 2.5 至 12 nm，在壓力驅動的過濾過程中，水和有機物可快速通過，對純水和丙酮的高通量分別為 1.14 Lm-2h-1bar-1和 3.96×104L m-2h-1bar-1，在小納米尺度納米顆粒的快速分離純化方面具有廣泛的應用前景。

圖 1-3 氧化石墨烯納米片的結構[31]Figure 1-3 Structure of GO sheet[31]材料主要包括二維碳基材料和其他二維層狀結構材料。二維碳基材及其衍生物，具有獨特的單原子厚度、二維結構和化學惰性等特點擇性分離膜方面具有優(yōu)勢[28; 29]。石墨烯是單層石墨，為了使石墨烯的特性，須在石墨烯納米片上造納米孔，或者將納米片組裝成層狀子氦也無法透過無缺陷石墨烯[30]。氧化石墨烯作為石墨烯(GO)最重分離膜重要的二維組裝單元，與石墨烯類似，GO 納米片也是單原達數十微米，在 GO 納米片邊緣和基面含有大量的含氧基團，如羥氧基[31]，如圖 1-3 所示。與人造納米孔的石墨烯納米片不同，GO 主要歸因于膜內部大量的納米通道，包括層間通道、擴大的通道如納米片邊緣間隙之間的褶皺以及表面官能團等[32]。Geim 等人[33]首

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 趙世亮;;復合膜“隧道”現象的產生原因及解決辦法[J];印刷技術;2019年05期

2 楊麗;楊永強;奚振宇;魏昕;王玉杰;;高性能工業(yè)用聚砜平板復合膜的制備[J];現代化工;2017年05期

3 楊艷艷;田寶楊;馮素洋;曲小姝;;磷鎢酸鹽/中性紅復合膜的制備及電致變色性能研究[J];東北師大學報(自然科學版);2017年02期

4 賈淑平;燕子紅;潘言亮;木合塔爾·吐爾洪;;核桃青皮多酚改性殼聚糖-明膠復合膜的制備及其性能[J];精細化工;2017年08期

5 ;我國復合膜減薄部分研究達國際水平[J];塑料科技;2016年04期

6 韓謹潞;李琪琪;湯廉;陳仕艷;王華平;;細菌纖維素基電磁功能復合膜的制備與性能研究[J];功能材料;2015年14期

7 代明江;韋春貝;周克崧;朱敏;侯惠君;林松盛;佟鑫;;磁控濺射W/DLC/W-S-C復合膜的制備及其性能（英文）[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2015年09期

8 付寧;趙雄燕;姜志繪;;復合膜減薄技術趨勢分析[J];印刷技術;2015年20期

9 劉莉莉;李思東;唐冰;楊錫洪;李普旺;楊子明;;殼聚糖/明膠食品保鮮復合膜的熱穩(wěn)定性研究[J];食品工業(yè)科技;2014年08期

10 鄭育英;黃文濤;付成波;黃天侯;;鋰離子電池輕薄鋁塑復合膜的熱封條件[J];電池;2013年04期

相關會議論文 前10條

1 李錦珍;何婷;胡洋;周武藝;;靜電噴射法制備三層結構載藥復合膜及其緩釋性能的研究[A];中國化學會第30屆學術年會摘要集-第三十八分會：納米生物效應與納米藥物化學[C];2016年

2 吳秀娟;曹麗琴;王吉德;;殼聚糖基硅藻土復合膜對染料吸附性能的研究[A];2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題L 高分子復合體系[C];2015年

3 侯蘭蘭;王女;趙勇;;雙層梯度浸潤性有機/無機復合膜用于水單向透過[A];2015年全國高分子學術論文報告會論文摘要集——主題L 高分子復合體系[C];2015年

4 葉友鑫;何雨航;鄭程光;李德富;穆暢道;;抗菌型明膠-茴香烯/β-環(huán)糊精包合物復合膜的性能研究[A];2015年中國化工學會年會論文集[C];2015年

5 嚴輝;鄒云娟;宋雪梅;張興旺;王波;陳光華;馬國斌;;富勒烯-聚甲基丙烯酸甲脂復合膜的結構研究[A];第三屆中國功能材料及其應用學術會議論文集[C];1998年

6 嚴輝;宋雪梅;鄒云娟;張興旺;王波;陳光華;馬國斌;;C_(60)—PMMA復合膜的光熒光特性[A];第三屆中國功能材料及其應用學術會議論文集[C];1998年

7 王娟;楊盛;張宇峰;孟建強;;中空纖維納濾復合膜制備的工業(yè)化探索[A];2009年全國高分子學術論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2009年

8 苗睿瑛;方勇;唐玲;李建玲;王新東;;直接甲醇燃料電池用離子液體復合膜的制備及性能研究[A];第二十八屆全國化學與物理電源學術年會論文集[C];2009年

9 邱禮平;資名揚;胡碧君;溫其標;;天然高分子復合膜的制備及性能研究[A];“食品加工與安全”學術研討會暨2010年廣東省食品學會年會論文集[C];2010年

10 雷啟福;鐘世安;杜邵龍;彭密軍;周春山;;分子印跡復合膜的合成及其拆分性能研究[A];第二屆中國膜科學與技術報告會論文集[C];2005年

相關重要報紙文章 前10條

1 譚倩倩　記者 江東;福建食品用非復合膜合格率100%[N];中國質量報;2010年

2 記者施建平;福建食品用非復合膜合格率為100%[N];中國食品報;2010年

3 林其水;復合膜生產中兩種常見問題的分析處理[N];中國包裝報;2008年

4 川文;復合膜生產工藝日趨完善[N];中國包裝報;2004年

5 鋁包;復合膜在我國醫(yī)藥軟包裝中的應用[N];中國包裝報;2005年

6 孫志明;復合膜質量控制[N];中國包裝報;2008年

7 ;復合膜生產工藝知識[N];中國包裝報;2002年

8 孫平;生產復合膜應關注環(huán)保[N];中國包裝報;2003年

9 孫長河;復合膜生產中常見問題解析[N];中國包裝報;2003年

10 本報記者 左志紅;軟包裝印企如何應對塑料復合膜、袋新標準[N];中國新聞出版報;2009年

相關博士學位論文 前10條

1 李雙雯;定向有序結構的聚合物基復合膜的研究[D];天津大學;2017年

2 潘海;填充型聚芳醚腈復合材料的微納結構控制與性能研究[D];電子科技大學;2019年

3 馬永會;共蒸發(fā)磁性納米顆粒復合膜微觀結構演化和磁性能的強磁場調控[D];東北大學;2017年

4 馬倩云;塔拉膠基pH響應復合膜的制備及性能研究[D];東北林業(yè)大學;2018年

5 劉彩虹;聚酰胺復合膜功能層抗污染調控機制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2018年

6 董勁;Eu配合物/EVA復合膜的制備及在晶體硅太陽能電池中的應用研究[D];東南大學;2017年

7 蘭永強;木基生物炭在滲透蒸發(fā)復合膜中應用的研究[D];東北林業(yè)大學;2017年

8 劉順利;基于有機金屬配位鍵構建功能高分子網絡結構及性能研究[D];東南大學;2018年

9 楊麗彬;有機/無機雜化薄層復合膜的制備及分離性能研究[D];北京工業(yè)大學;2018年

10 莫錦鵬;納米多孔材料/聚硅氧烷復合膜及其介電行為研究[D];華南理工大學;2018年

相關碩士學位論文 前10條

1 劉鎮(zhèn);基于共軛聚合物垂直分層復合膜的可拉伸晶體管[D];合肥工業(yè)大學;2019年

2 湯子瀟;異質結光催化復合膜的制備及其可見光下降解水中羅丹明B的性能研究[D];江蘇大學;2018年

3 楊柳;磁光功能化各向異性導電柔性三明治結構復合膜的組裝[D];長春理工大學;2019年

4 常凱;聚合物雜化陶瓷復合膜：制備、表征與性能評價[D];河南科技大學;2019年

5 劉中桃;石墨烯基/碳納米管復合膜的制備與性能研究[D];河北工業(yè)大學;2017年

6 周姝妤;膠原蛋白/雙醛化纖維素納米晶須復合膜的制備、表征及其眼部給藥研究[D];江南大學;2019年

7 黃慧敏;碳納米材料復合膜分離-催化氧化去除水中常見有機污染物[D];蘇州科技大學;2019年

8 陳鶴天;雙各向異性導電磁光多功能柔性三明治結構復合膜的構筑[D];長春理工大學;2019年

9 張欣;淀粉復合膜生物降解性能與應用研究[D];山東農業(yè)大學;2019年

10 趙成;固定Z型TiO_2復合膜光催化材料的制備及光催化活性的研究[D];遼寧大學;2019年

本文編號：2817054