氧化石墨烯膜传输通道及结构改性方法进展研究

本文阐述了氧化石墨烯膜的传输及分离拦截机理,并基于此总结出调控层间距可通过还原、交联、阳离子控制、插层、物理限制等化学物理方法;而内部结构缺陷调控主要通过创建纳米孔和密封缺陷。因此,概括和分析出氧化石墨烯的应用限制短板,提出氧化石墨烯膜材料的改性手段及措施,可为氧化石墨烯膜的实际应用奠定良好的基础。     

高稳定性氧化石墨烯净水分离膜的制备和应用进展

利用氧化石墨烯特殊的纳米片层结构,可以实现对有机物分子、无机盐离子等污染物的截留,达到净水的目的.从提高稳定性和改善性能的角度出发,综述了层间支撑型氧化石墨烯净水分离膜、交联型氧化石墨烯净水分离膜、还原型氧化石墨烯净水分离膜及多手段协同作用型氧化石墨烯净水分离膜的制备及应用,为获得具有高稳定性、优异截留选择性的氧化石墨烯净水分离膜提供了思路.     

氧化石墨烯膜间距对电渗析空气除湿特性影响的分子动力学研究

电渗析空气除湿技术利用高压电场为气体分子荷电,通过多孔氧化石墨烯膜实现水分子和其他带电分子,如氧气分子的分离。双层膜间距将影响到气体分子的传输特性和热力学性质,本文采用分子动力学研究了带电后的水分子和氧气分子在不同膜间距下通过膜的扩散及吸附现象。结果表明：膜层间距主要影响层间氢键形成方式,继而影响多孔氧化石墨烯膜与气体分子间吸附能,存在最佳层间距离1.25 nm,水分子渗透效果最佳,气体选择性达到最高,为1.14,较无电场时扩大了3倍。     

自支撑石墨烯炭膜的制备及气体分离性能

通过溶剂蒸发法得到聚酰胺酸(PAA)与氧化石墨烯(GO)的复合石墨烯膜,并经600℃炭化制备了具有良好柔韧性的仿贝壳珍珠层结构的自支撑石墨烯炭膜。通过X射线衍射和场发射扫描电镜对薄膜微观结构进行表征,并测试不同PAA固含量制备的石墨烯炭膜对CO2和CH_4的分离性能。结果表明,炭化后,GO被还原成石墨烯,呈层状堆叠,堆叠的层间填充了空穴和残炭;石墨烯炭膜的CO2渗透通量和CO2/CH4分离理想选择性随PAA加入量增加,CO_2通量最高可达824 barrer,此时CO2/CH4理想选择性达38.9。石墨烯层骨架和碳分子筛构成石墨烯炭膜的气体传输通道,本研究成果为柔性自支撑气体分离炭膜的制备开辟了新思路。     

氧化石墨烯的可控还原及表征

采用Hummers修正法制备氧化石墨烯(GO),用壳聚糖(CS)作为“绿色”无毒还原剂,以反应温度和反应时间来控制氧化石墨烯的还原程度。用红外光谱、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱和X射线衍射等多种表征手段研究不同还原程度的还原氧化石墨烯的结构与性能。结果表明,改变温度不能有效地控制氧化石墨烯的还原程度;在50℃低温环境下,控制反应时间可以得到不同还原程度的还原氧化石墨烯,为进一步研究不同还原程度还原氧化石墨烯的非线性光学性质奠定了基础。     

自支撑石墨烯炭膜的制备及气体分离性能

通过溶剂蒸发法得到聚酰胺酸（PAA）与氧化石墨烯（GO）的复合石墨烯膜,并经600℃炭化制备了具有良好柔韧性的仿贝壳珍珠层结构的自支撑石墨烯炭膜。通过X射线衍射和场发射扫描电镜对薄膜微观结构进行表征,并测试不同PAA固含量制备的石墨烯炭膜对CO₂和CH₄的分离性能。结果表明,炭化后,GO被还原成石墨烯,呈层状堆叠,堆叠的层间填充了空穴和残炭;石墨烯炭膜的CO₂渗透通量和CO₂/CH₄分离理想选择性随PAA加入量增加,CO₂通量最高可达824 barrer,此时CO₂/CH₄理想选择性达38.9。石墨烯层骨架和碳分子筛构成石墨烯炭膜的气体传输通道,本研究成果为柔性自支撑气体分离炭膜的制备开辟了新思路。     

用于水质净化的氧化石墨烯膜研究进展

氧化石墨烯膜具有超高的水通量、可控的层间距以及卓越的分离性能,这些优异的特性使氧化石墨烯膜有望成为新一代膜材料并用于水环境中物质的精确分离。对氧化石墨烯膜的研究已经取得了许多重要的成果,本文系统地阐述了用于水质净化的氧化石墨烯膜的结构特性和构效关系,总结了氧化石墨烯膜典型的制备方法,重点介绍了氧化石墨烯膜的改性方式,概述了氧化石墨烯膜在多种水环境中的应用,总结并展望了氧化石墨烯膜的发展方向,为设计和合成高性能氧化石墨烯膜用于水质净化提供新的思路。     

层层组装氧化石墨烯基复合膜的制备及其纳滤性能研究

选用氧化石墨烯（GO）及丁二胺（BDA）在尼龙（Nylon）基底上,利用真空抽滤法多次组装制备复合膜,并将其用于有机溶剂甲醇中染料的脱除,研究了其分离性能。文中采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、接触角测量仪、X射线光电子能谱仪（XPS）等表征手段对复合膜的微观结构和组成进行了表征,并研究了GO、BDA的浓度、组装层数等因素对复合膜有机溶剂分离性能的影响,探索得出最佳分离膜的制备条件,并选用最佳条件下制备的复合膜进行有机溶剂分离性能和稳定性测试,最终得到了分离性能优异的氧化石墨烯基分离膜。     

干燥温度对氧化石墨烯-乙二胺/Al2O3复合纳滤膜性能的影响

在经过多巴胺(PDA)预处理的氧化铝陶瓷膜上制备出乙二胺(EDA)交联的氧化石墨烯(GO)复合纳滤膜(GO-EDA/Al2O3膜),解决了界面和层间稳定性问题.并提出一种可简单调控GO层间距的方法,即通过改变膜管的干燥温度改变GO纳米片上羟基的数量,达到调控GO层间距的目的,从而在保证较高盐截留性能的前提下提升GO-E...     

磷掺杂石墨烯的制备与表征

以氧化石墨烯和三苯基磷为前驱体,利用高温热处理方法制备磷掺杂石墨烯。采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、选区电子衍射、能量色散谱和X射线光电子能谱对石墨烯的形貌、结构和组成进行表征。结果表明,氧化石墨烯在热处理过程中实现原位还原和磷掺杂,合成的磷掺杂石墨烯呈透明褶皱状,含有2~5层石墨层,磷元素以P-C和P-O构型掺杂进石墨烯晶格中。通过控制反应温度可调控产物中磷元素的含量和化学态分布。     

硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的制备及表征

通过与不同的硅烷偶联剂反应,得到了三种不同的功能化氧化石墨烯(FGOs)。通过红外光谱、热失重分析、扫描电镜、X-射线衍射等进行表征。结果表明,以硅烷偶联剂为改性剂制备的功能化氧化石墨烯,片层间距有所增加,热稳定性明显提高。     

硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的制备及表征

通过与不同的硅烷偶联剂反应,得到了三种不同的功能化氧化石墨烯(FGOs)。通过红外光谱、热失重分析、扫描电镜、X-射线衍射等进行表征。结果表明,以硅烷偶联剂为改性剂制备的功能化氧化石墨烯,片层间距有所增加,热稳定性明显提高。     

氧化石墨烯膜的制备方法研究进展

氧化石墨烯(GO)作为一种新型二维材料,在能源、环境、石油化工、生物医药、光电材料、催化等领域有巨大的应用潜能。当氧化石墨烯膜用于分离时,有着与传统膜过程不同的分离机理。氧化石墨烯膜的层间距可以通过制备方法进行调节以实现离子、分子等物质的精确筛分。总结了由氧化石墨烯溶液制备氧化石墨烯膜的主要制备方法,如真空过滤法、旋涂法、浸涂法、静电自组装法等。     

氧化石墨烯的制备及其光响应特性研究

利用改进Hummers法制备了氧化石墨烯,通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X-射线衍射谱（XRD）对其进行了表征分析,结果表明在石墨层间和边缘引入一定数量的含氧官能团,石墨烯（GR）表面已被羟基、羧基和环氧基等含氧官能团所修饰,层间距明显大于石墨层间距;在功率为20mW,波长分别为404nm、650nm、808nm的激光照射下分别测试了表征氧化石墨烯（GO）光响应特性的I-V和I-t曲线,并计算了不同波长光照下氧化石墨烯（GO）的量子效率和光电流响应度,测试和计算结果表明：氧化石墨烯（GO）在近红外光区具有很高的光敏性及良好的重现性,进一步说明GO在红外光电探测方面具有较大的应用潜力。     

季铵盐对氧化石墨烯插层改性的研究

采用十六烷基三甲基溴化铵(C_(16)TAB)和氧化石墨(GO),通过溶液共混法制备了C_(16)TAB/GO插层复合材料。研究了C_(16)TAB与GO的不同用量比对插层效果的影响,利用热重分析(TGA)、红外光谱分析(FTIR)和X射线衍射分析(XRD)对不同比例复合物的插层效果进行了表征。结果表明,C_(16)TAB可以显著增大氧化石墨烯的层间距,成功实现了对GO的插层改性,并改善GO在有机介质中的分散性。     

石墨烯掺杂聚砜基正渗透膜的结构和性能

采用相转化法分别制备了掺杂有石墨、石墨烯和氧化石墨烯的聚砜正渗透(FO)膜支撑层,通过间苯二胺和均苯三甲酰氯间的界面聚合在支撑层表面制备了聚酰胺活性层。采用扫描电子显微镜(SEM)表征膜表面和断面的结构形貌,测定膜孔隙率和亲水性,考察不同掺杂物时FO膜的性能。结果表明,掺杂石墨烯和氧化石墨烯,支撑层断面结构更加疏松,孔隙率和纯水透过常数(PWP)明显增加,制备的相应FO膜性能得到改善,水通量增大。掺杂石墨则导致支撑层上表面变粗糙,断面结构密实,其孔隙率减小,PWP值降低,膜性能变差。其中,掺杂了氧化石墨烯的FO膜表现出最好的性能,水通量在活性层朝向驱动液侧(AL-DS)模式下可达37.10L/(m~2×h),相比无掺杂FO膜增加了38.7%。     

CS/GO复合分离膜的制备及非对称渗透行为研究

以壳聚糖/氧化石墨烯(CS/GO)为功能层，以PVDF多孔膜为基膜，采用层层自组装技术制备了CS/GO复合分离膜。基于插入到GO片层中交联CS分子的柔韧性，GO片层间距(膜孔)能够随着不同方向的水压而改变，从而使得所制备的复合分离膜具有独特的非对称渗透性能。研究发现，随着组装层数的增加，表面结构更为完善，反向/正向通量比从3.79倍增加到了27.39倍。当组装层数为两层时，膜具有更优异的综合性能。此外，复合分离膜还显示出比基膜更好的截污性、抗污性和亲水性。     

高通量抗污染氧化石墨烯膜研究进展

水资源短缺与水污染是21世纪人类面临的共同挑战之一。膜技术具有低能耗和低成本等优点,是一种绿色高效的水处理技术。氧化石墨烯具有分子级的厚度和优异的化学稳定性,是一种优异的二维膜材料,在水处理膜领域具有重要应用前景。综述了氧化石墨烯膜在水处理领域的研究进展,针对膜技术面临的通量低和膜污染的挑战,以氧化石墨烯膜通道和表面构建中的介尺度问题为重点,探讨了不同尺度插层材料对氧化石墨烯膜通道结构与分离性能的影响,并分析了氧化石墨烯膜抗污染表面构建策略及对不同尺度污染物的抗污染机制。最后,对高通量抗污染氧化石墨烯膜研究进行了总结和展望。     

化学氧化法合成氧化石墨及其陶瓷复合材料

基于Hummer化学氧化法,以不同纯度的石墨为原料,在氧化阶段改变氧化剂(KMnO4)的添加速率,研究了氧化石墨的制备及其结构形成。结果表明:石墨原料纯度及氧化剂添加速率对氧化石墨结构有重要影响。以高纯度石墨为原料,在合适的添加速率下制备出的氧化石墨具有高的结晶性和纯度。扫描电镜观察制得的氧化石墨呈片层结构,厚约50nm。X射线分析显示对称氧化石墨(002)强衍射峰,无残留石墨峰和其它杂质峰。红外光谱分析氧化石墨含—OH,C=O,C—O等含氧基团。Ar气氛下对氧化石墨进行热解,产物为石墨烯。将制得的氧化石墨引入聚硅氧烷中,经交联和热解制出具有层状复合结构呈一定取向分布的石墨烯和硅氧碳陶瓷复合材料。     

Mg–Gd–Y系合金微弧氧化陶瓷层生长机理及耐蚀性

利用扫描电镜、X射线衍射等研究了Mg–11%Gd–1%Y–0.5%Zn(质量分数)合金微弧氧化陶瓷层的生长规律,分析了微弧氧化膜层相结构及不同生长阶段的耐蚀性。结果表明:在微弧氧化初期,膜层生长遵循直线规律,为典型的电化学极化控制的阳极沉积阶段;随处理时间的延长及膜层增厚,膜层生长符合抛物线规律,属微弧氧化阶段,较氧化初期比,生长速率慢;在弧光放电阶段,抛物线斜率增大,疏松层增厚,生长速率有所提高。微弧氧化疏松层主要以MgSiO3为主,致密层以MgO为主;微弧氧化各阶段,膜层耐蚀性随氧化时间增长而提高,到弧光放电阶段,耐蚀性有所降低。氧化时间为7～12min时,制备的膜层具有较好的耐蚀性。