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。     

面向油水分离的无机膜制备及应用进展

膜技术是处理含油污水及含水油液的有效分离方法。无机膜材料由于可调变的表面性质和良好的稳定性,即使在苛刻的条件下,在分离油水方面表现出优异的分离性能。本文首先阐述了设计与制备油水分离膜的理论基础,包括分离过程中压力驱动力和膜表面特性对膜通量和选择性的影响;然后综述了当前国内外用于油水分离的无机膜的制备及其应用进展,重点介绍分子筛膜、金属氧化物/金属氢氧化物膜和氧化石墨烯膜等的研究,分析了在不同油水混合物中研究者们调控无机膜表面性能的策略,提出膜表面润湿性和膜结构是提高膜分离效率和抗污染性的关键;最后指出抵制含大量表面活性剂、碱液及有机聚合物种的乳化油对膜造成污染,是无机膜亟需解决的问题,并展望了无机膜在分离油水方面的发展方向。     

Recent developments in graphene-based polymer composite membranes: Preparation,mass transfer mechanism,and applications

The shortage of water resources is a problem concerned by all countries in the world. In order to solve this problem of human survival, membrane separation technology promotes the development of water treatment field by virtue of its own advantages of high efficiency and low consumption. Membrane separation technology combined with nanomaterials has brought surprises to researchers. Graphene has unique structure and properties, making graphene and its derivatives have very good potential in water treatment and selective separation. Graphene-based materials combined with traditional polymer materials have great potential in the field of membrane separation technology. In this article, we first introduce the preparation methods and transport mechanism of graphene-based membranes, and then summarize the recent applications of graphene oxide/polymer composite membranes in water purification, gas separation, self-cleaning, and oil–water separation. It is expected to become the next generation of functional composite membranes. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2019 , 136, 47761.     

石墨烯基材料在CO2分离膜领域的研究进展

节能高效的CO₂分离技术的开发具有重要的现实及长远意义,膜法CO₂分离在该领域备受关注,具有优异传质特性的新型分离膜材料对膜分离过程有决定性的影响。近年来,石墨烯及其衍生材料因独特的单原子层厚度、亚纳米级别的孔道结构以及优异的机械、化学和热稳定性,成为气体分离膜领域的研究热点,膜的加工难度、技术成本、大面积制备、工作稳定性等问题是限制其实际应用的关键因素。石墨烯基CO₂分离膜主要有三种形式：纳米孔石墨烯膜、层状结构氧化石墨烯膜、基于石墨烯及其衍生材料的混合基质膜。本文综述了石墨烯基CO₂分离膜领域的突破性研究进展,重点介绍了气体的跨膜传质机理和膜的构性关系,总结了膜性能的优化思路和原理,梳理了石墨烯基CO₂分离膜发展面临的挑战,提出了潜在的研究方向。分析表明,进行系统的理论研究,采用先进的表征手段,以建立膜构性关系的理论模型,指导膜结构设计是未来研究的重点。此外,进一步降低膜加工成本,充分研究膜在实际工作环境中的稳定性也至关重要。     

氧化石墨烯改性吸水树脂的制备及应用

氧化石墨烯改性吸水树脂综合了氧化石墨烯和吸水树脂的优势,在水处理吸附、药物缓释、组织工程等领域有广阔的应用前景。目前有关氧化石墨烯改性吸水树脂的制备方法、性能及应用缺少相关的综述。因此,本文主要分四部分来综述近几年氧化石墨烯改性吸水树脂的研究进展。第一部分简要介绍了氧化石墨烯的结构特性及作为吸水树脂改性剂的特点;第二部分主要综述了氧化石墨烯改性吸水树脂的主要聚合工艺;第三部分主要介绍了氧化石墨烯对吸水树脂微观结构和宏观性能的影响;最后,介绍了氧化石墨烯改性吸水树脂在废水处理、缓解“热岛效应”、柔性器件及医用材料等领域的应用,并分析了其存在的问题,为后续开展氧化石墨烯改性吸水树脂的相关研究及应用提供了参考。     

氧化石墨烯分离膜的性能调控及其传质机理研究进展

氧化石墨烯（GO）作为理想的膜构筑材料,因其蜂窝状的结构特点及表面分布大量含氧基团的特性,被广泛用于水处理分离膜的构筑。GO膜具有良好的物理特性、优异的化学稳定性和独特的二维层状结构,在污水处理、脱盐和离子筛分等水处理领域备受关注。在水处理中,GO膜对有机物和离子有较好的截留效果,但也存在水通量低、稳定性差等问题。本文分析了近年来GO膜在水处理领域的研究新进展;简单总结了GO膜的制备方法和水处理应用;重点阐述了GO水处理膜分离性能优化的方法和传质机理的研究进展;最后总结并展望了GO膜在结构调控和性能提升方面的发展方向。本文为设计和制备高性能GO水处理膜提供参考。     

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法，以聚酰胺纳滤膜为基膜，制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征，结果表明，氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能，并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^-2·h^-1,相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能，并且在保持较高通量的同时，对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路，为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。     

氧化石墨烯/天然高分子复合吸附材料在水处理中的应用

近年来,氧化石墨烯(GO)复合吸附材料在水处理方面得到了广泛研究.由GO和天然高分子组成的复合材料具有吸附能力强、机械稳定性好等优点,且表面改性的GO可以进一步提高其吸附稳定性和吸附能力.介绍了GO/天然高分子复合吸附材料的制备方法;总结了GO表面官能团,如巯基、氨基、羧基等对吸附材料吸附性能的影响;综述了GO与壳聚糖、纤维素、海藻酸钠、木质素等天然高分子形成的复合吸附材料对水中染料和重金属离子处理的应用;最后对GO/天然高分子复合吸附材料在实际应用中的发展方向提出了展望.     

磁性石墨烯复合材料制备与应用研究进展

石墨烯具备多种优异的性能,但容易通过π-π堆积和范德华力作用产生聚集,重新堆叠成石墨。为了改善石墨烯的堆叠问题,提高石墨烯材料的应用性,越来越多的研究者将石墨烯及其衍生物和磁性纳米粒子复合,制备综合性能更优的新型材料。本文结合近年来国内外研究报道,总结了磁性石墨烯纳米复合材料的制备方法（水热/溶剂热、化学接枝法、微波辅助法等）,概述了磁性石墨烯复合材料在环境样品分离富集、催化、涂层耐腐蚀性、吸波材料及能源等方面的应用,指出了目前磁性石墨烯复合材料研究中存在的一些问题,例如磁性颗粒容易发生团聚、生物安全性有待验证、氧化石墨烯的还原导致其表面吸附位点减少等。目前（氧化）石墨烯的制备工艺正在得到改善,而未来最重要的发展方向是加强对磁性石墨烯的表面改性,从而可使其表面具有更丰富的吸附位点,同时也可使石墨烯表面的磁性纳米粒子的形态及分布更均匀,更有利于稳定发挥磁性石墨烯的功能性。     

Influence of a graphene oxide additive and the conditions of membrane formation on the morphology and separative properties of poly(vinylidene fluoride) membranes

In this article, we present our study of the influence of a graphene oxide (GO) additive and the method of preparation on the properties of membranes. Poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/GO membranes were obtained by an inverse phase method, which was conducted by two different methods. The first one was based on solvent evaporation, and the second method was a coagulation bath in distilled water. Our studies clearly showed that the introduction of the GO nanoadditive into the polymer membrane matrix played a major role in the pore process formation, and it also contributed to the reduction of the contact angle, and this led to an improvement in the hydrophilic properties of the obtained membranes. Furthermore, the PVDF/GO membrane preparation process had a direct influence on the thickness and porosity. Both of these factors had a direct influence on the transport properties of the membrane. © 2015 Wiley Periodicals, Inc. J. Appl. Polym. Sci. 2015 , 132, 42789.     

新型复合纳滤膜研究进展

纳滤膜因操作压力低、通量高、具有分离选择性以及运行成本较低等优势引起越来越多的关注,目前已在苦咸水脱盐、污水治理和海水淡化等领域发挥着重要作用。界面聚合作为常见的制备聚酰胺纳滤膜的方法,其聚合反应进程的调控可以有效地调节纳滤膜的微观结构,进而对其分离性能产生重要影响。本文从复合纳滤膜的结构入手,总结了当前常用的提升纳滤膜性能的改性方法,包括优化分离选择层、构建中间层、调整底膜结构三个方面,讨论了界面聚合过程反应单体、添加剂种类、制备条件等对分离层结构和分离性能的影响,并分析了底膜的孔径、孔隙率、亲疏水性等理化性质对复合膜性能的影响以及不同类型中间层的优缺点。在此基础上,总结了当前业界内亟待解决的问题,并对纳滤膜的未来发展趋势进行了展望。     

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。     

MOFs分离膜在水系分离中的应用

MOFs作为一类具有三维孔结构的新型框架材料,在催化、储能和分离领域均有广泛的应用前景,而MOFs的水稳定性一直是限制其扩大应用的壁垒。随着水稳定性MOFs材料不断涌现以及人们对MOFs水稳定性机理认识的加深,众多的学者开始关注MOFs分离膜在水体系下物质分离的应用研究。综述了围绕MOFs分离膜在水系环境下的分离应用研究展开,概述了MOFs水稳定性的影响因素,MOFs分离膜的制备及其在染料废水处理、脱盐、重金属离子去除和离子选择性分离等领域的应用研究,并对MOFs分离膜未来发展趋势进行了展望。     

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。     

功能化碳纳米管/聚合物复合分离膜

碳纳米管不仅具有优异的力学性质和超大的比表面积,同时具有优良的传输特性,将其添加到聚合物中制备复合分离膜,具有广阔的应用前景。通过化学改性将碳纳米管功能化,提高其在聚合物中的分散性,制备碳纳米管/聚合物复合膜。本文在介绍了碳纳米管功能化、碳纳米管/聚合物复合膜制备方法的基础上,综述了功能化碳纳米管的加入对复合分离膜亲水性、水通量、机械稳定性以及分离等性能的影响。总结了近年来对碳纳米管在聚合物膜内定向排列的研究进展及碳纳米管定向对复合膜相关性能的影响。由于碳纳米管材料的各向异性,利用电场、磁场及流场等对碳纳米管在聚合物膜内的分布进行定向,从而充分利用其优异的性能,是该类复合膜的研究方向。     

基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展

二维纳米材料是制备膜材料中一类重要的掺杂材料或膜构筑单元,也是新型水处理功能膜的研究热点。已有许多研究报道了二维纳米材料通过有序的堆叠和自组装在膜内构建出规整的水通道,可以赋予膜可调控的分离性能,进而实现trade-off效应的突破,被认为是“下一代膜材料”（next-generation membranes）。同时,二维纳米材料的独特片层结构、催化性能及可修饰性可使膜材料获得新的功能,如导电性能、光/电催化性能等。本文综述了近年来基于二维纳米材料的水处理功能膜研究进展,重点介绍了共混法、自组装等制备方法,并总结了此类功能膜在抗污染、膜通量恢复、强化污染物去除、调控盐截留及污染物监测领域的应用。最后对基于二维纳米材料的水处理功能膜发展方向,如限域催化、调控盐分离、监测传感等新兴领域进行了分析和展望。     

疏水性油水分离膜及其过程研究进展

油水分离是治理含油废水和含水油液的重要工业过程。本文概括了疏水性油水分离膜的类型与制备方法,包括常规分离膜和高度疏水/超亲油分离膜。前者为常规微滤、超滤及纳滤过程用膜;后者由构筑高度疏水（水滴接触角≥120°）表面方法得到,形式有金属网膜、纤维膜、滤纸、复合膜及不对称膜,其为制备耐污染的疏水性油水分离膜提供了新思路。指出了疏水性膜用于油水分离的过程原理及应用现状：含油废水除油中,疏水性膜可实现O/W乳液的破乳、粗粒化油滴、滤除油滴及吸附油分子几方面的功能;含水油液除水中,膜被用来截留水滴,可直接得到净化的油品。最后,指出了其过程规模化应用前尚需解决的重要问题,特别是高度疏水/超亲油分离膜的制备、相关过程研究的深入及其规模化试验等方面需着力加强。     

亲水改性PVDF膜材料及其膜生物反应器应用

膜生物反应器（MBR）技术中最常用的膜材料是聚偏氟乙烯（PVDF）,然而由于PVDF膜的疏水性,使其在用于MBR的运行过程中存在易污染、通量低等缺陷,因此对PVDF膜材料进行亲水改性是近年来国内外研究的热点。本文首先介绍了PVDF膜材料典型的表面涂覆改性和表面化学接枝改性这两种亲水改性方法,然后概述了随着纳米科学技术的兴起,采用无机纳米材料如碳材料氧化石墨烯（GO）、无机抑菌材料纳米银粒子及二氧化钛纳米颗粒等进行功能化复合制备PVDF膜材料等亲水改性方法。研究进展表明,新型亲水改性PVDF膜材料不仅在MBR污/废水处理中优势明显,而且在可再生生物能源生产等可持续发展领域极具潜力。     

Fabrication of graphene oxide composite membranes and their application for pervaporation dehydration of butanol

As a new kind of 2D nanomaterials, graphene oxide (GO) with 2–4 layers was fabricated via a modified Hummers method and used for the preparation of pervaporation (PV) membranes. Such GO membranes were prepared via a facile vacuum-assisted method on anodic aluminium oxide disks and applied for the dehydration of butanol. To obtain GO membranes with high performance, effects of pre-treatments, including high-speed centrifugal treat-ment of GO dispersion and thermal treatment of GO membranes, were investigated. In addition, effects of oper-ation conditions on the performance of GO membranes in the PV process and the stability of GO membranes were also studied. It is of benefit to improve the selectivity of GO membrane by pre-treatment that centrifuges the GO dispersion with 10000 r·min?1 for 40 min, which could purify the GO dispersion by removing the large size GO sheets. As prepared GO membrane showed high separation performance for the butanol/water system. The separation factor was 230, and the permeability was as high as 3.1 kg·m?2·h?1 when the PV temperature was 50 °C and the water content in feed was 10%(by mass). Meanwhile, the membrane still showed good stabil-ity for the dehydration of butanol after running for 1800 min in the PV process. GO membranes are suitable candidates for butanol dehydration via PV process.     

Recent progress in fluoropolymers for membranes

Fluoropolymers usually have high mechanical strength and excellent chemical stability and thus have been employed for the last several decades as materials for membrane separation processes, typically in water purification and energy applications such as microfiltration (MF), ultrafiltration (UF), fuel cells, battery separators, etc. Recently, new membrane operations such as membrane distillation (MD), membrane crystallization (MCr), membrane emulsification (ME) and membrane contactors (MC) have become popular. A much stronger understanding of the basic properties of the materials utilized is required for adopting the appropriate membrane and for finding the relationship among material properties, membrane morphology and the transport phenomena in the membranes. This review presents the structures and properties of fluoropolymers for membranes, the preparation and modification methods of fluoropolymer membranes, and their applications. Recent progress in the development of novel fluoropolymers for membranes and their fabrication and modification methods are reported as well.