苯二胺改性氧化石墨烯膜的制备及其渗透汽化性能

分别采用邻苯二胺(OPD)、间苯二胺(MPD)、对苯二胺(PPD)共价改性氧化石墨烯(GO)片层,采用真空抽滤法制备苯二胺改性GO膜,研究3种不同结构的苯二胺对GO膜结构和性能的影响.研究结果表明,不同结构苯二胺对GO的改性作用不同:OPD的反应活性低,对GO含氧官能团的消耗较少,可有效拓展GO膜的层间距;MPD消耗GO的含氧官能团多于OPD,也对GO膜层间距有较好的增大作用;PPD消耗更多的GO含氧官能团,其对位氨基的高反应活性导致GO片层产生堆积,对膜层间距无明显影响.OPD、MPD和PPD改性GO膜对质量分数90%乙醇/水体系的渗透通量分别为0.55、0.56和0.42 kg/(m~2·h),分离因子分别为90.58、30.78和34.49,证明苯二胺对GO有一定的改性作用.     

海藻酸钠杂化膜的制备及性能研究

以海藻酸钠(SA)和磷钨酸(PTA)为原料,通过溶液浇铸法制备了不同配比的海藻酸钠/磷钨酸(SA/PTA)杂化膜。用傅立叶红外分析(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TGA)等手段对杂化膜进行了表征与分析,并考察了SA/PTA杂化膜的力学性能。结果表明:SA与PTA有着较好的相容性,能够制备出致密无缺陷的杂化膜,但当PTA含量超过8wt%时,膜在微观上出现相分离;PTA的加入,极大地提高了杂化膜的耐热性和机械强度。膜的拉伸强度从纯SA膜的19.72MPa增加到了65.17MPa,断裂伸长率略微下降。     

氧化石墨烯表面改性正渗透膜制备及其抗污染性能

利用化学偶联的方式将氧化石墨烯(GO)接枝到聚酰胺复合正渗透(TFC-FO)膜表面,成功制备出一种新型GO改性TFC-FO膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、接触角测量仪、傅里叶变换红外光谱仪(AIR-FTIR)和固体表面Zeta电位分析仪等表征手段,证明GO成功接枝到膜表面,并通过接枝改性降低了膜面粗糙度,增加了亲水性,并增强了荷负电性.然后,采用去离子水和4 mol/L氯化钠溶液作为进料液和汲取液,进行清水渗透实验,同时选取200 mg/L海藻酸钠为特征污染物进行污染实验.渗透和污染实验结果表明,与未改性的TFC-FO膜相比,GO接枝处理使得改性TFC-FO膜的选择性和抗有机污染能力增强,且在长期污染实验中显示出明显的优势.膜表面污染层的SEM和激光共聚焦显微镜(CLSM)表征结果进一步验证了GO接枝改性确实提升了TFC-FO膜的抗有机污染性能.本研究为TFC-FO膜通过表面改性提升抗有机污染能力提供了一个新思路.     

GO改性高效油水分离PVDF杂化膜制备及其性能

氧化石墨烯(GO)因其具有丰富的羟基和羧基而被作为亲水改性剂应用于膜的制备.本研究通过向由聚偏氟乙烯(PVDF)与一种三嵌段共聚物(AP)组成的混合物中加入不同比例的GO,以制备具有高效油水分离性能的PVDF/AP/GO杂化膜,并考察了其对油水乳液的分离性能.研究发现,GO添加量为0.20%(质量分数)时的膜(M3)性能表现最佳,其在分离油水乳液时截留率较高(>98.9%),相对通量恢复率高于90.7%.此外,M3的纯水通量高达1 090 L/(m²·h).即使经过5次油水乳液循环过滤实验,截留率(>96%)和纯水恢复通量J_c(>879 L/(m²·h))仍然保持在非常高的水平,表现出优异的油水乳液分离性能.     

有机硅烷改性沸石/PDMS渗透汽化杂化膜的制备及表征

采用硅烷偶联剂,乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)为改性剂,控制改性时间(4h和12h),对全硅沸石进行改性,以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体,制备了改性沸石填充的PDMS渗透汽化杂化膜。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、机械拉伸等手段对改性的效果和杂化膜的热稳定性能进行了表征,结果表明改性后沸石晶型未改变,杂化膜热稳定性和机械性能提高。并以乙醇质量分数为5%的乙醇/水体系为研究对象,分离因子为评价指标,考察了改性杂化膜对乙醇的分离性能,结果表明膜对乙醇/水的分离因子可由未改性时的16提高至29.5,这说明采用硅烷偶联剂对沸石进行改性是提高膜分离性能的有效方法。     

氧化石墨烯/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性

采用Hummers法制备了3种不同氧化程度的氧化石墨烯(GO),通过聚氨酯(PU)单体(4,4’-二异氰酸苯酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO))与GO的原位聚合构建了GO/PU杂化膜。利用XRD、Raman、FTIR和TEM等表征了GO的结构;探讨了GO填充量对GO/PU杂化膜的形貌和CO2、N2渗透性的影响。结果表明:3种不同氧化程度的GO均呈完全剥离状态,为半透明片状结构;随着氧化程度的增加,拉曼D峰与G峰的相对强度比分别为0.947、1.103和1.245;GO的氧化程度对GO在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好。GO/PU杂化膜的CO2、N2渗透系数及CO2/N2渗透选择因子均随GO填充量的增加先增大后减小;当中等氧化程度的GO(M-GO)与(MDI+BDO)的质量比为1.0%时,M-GO/PU杂化膜的CO2渗透系数为63.6×10-13 cm3(STP)/(cm·Pa·s),其中STP表示标准温度及压力,CO2/N2渗透选择因子可达48.5;填充适量的GO能显著提高GO/PU杂化膜的CO2渗透性及CO2/N2渗透选择性。     

氧化石墨烯纳米带杂化粒子和石墨烯纳米带的研究进展

氧化石墨烯纳米带杂化粒子是将氧化石墨烯纳米带(GONRs)与其他纳米粒子经π-π键、氢键等结合方式复合在一起,通过这种特殊的结合形态一方面可以有效地防止GONRs的聚积,另一方面新的纳米粒子的引入能够赋予该杂化材料某些特殊的性能,从而有利于充分发挥GONRs杂化材料在聚合物改性等领域的综合性能。本文综述了氧化石墨烯纳米带杂化粒子的制备方法、性能和应用现状。此外,针对GONRs的还原产物石墨烯纳米带(GNRs)的结构、性能、制备方法及其应用领域也进行了系统性地论述。相关研究表明,氧化石墨烯纳米带杂化粒子的设计与制备是氧化石墨烯纳米带迈向实用领域的一个有效途径,而石墨烯纳米作为石墨烯的一种特殊结构的二维变体,继承了石墨烯优良的导电和导热等性能,同时特殊的边缘效应,因而呈现出了更广阔的应用潜力。     

PEC/g-C3N4杂化膜的制备及其渗透汽化性能研究

将石墨态氮化碳(g-C_3N_4)和聚电解质络合物(PEC)相结合,以聚丙烯腈(PAN)超滤膜为基底制备PEC/g-C_3N_4杂化膜,考察了杂化膜的渗透汽化有机溶剂脱水性能.用傅里叶红外光谱、扫描电镜和低场核磁等表征了杂化膜的组成、形貌和水在膜中的状态.研究了g-C_3N_4含量、PEC浓度和抽滤溶液体积等成膜因素和进料液温度、进料液水含量、分离体系等操作条件对杂化膜渗透汽化性能的影响.结果表明,在最优制膜条件和操作温度下,PEC/g-C_3N_4杂化膜对进料液中乙醇质量分数为90%的乙醇/水体系通量和透过液水质量分数分别为2 560 g/(m~2·h)和98.0%,且PEC/g-C_3N_4杂化膜具有良好的运行稳定性.     

纳米SiO2-氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及特性

采用原位水解的方式制备了新型SiO₂-氧化石墨烯（GO）纳米杂化颗粒。选择GO、SiO₂、SiO₂-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯（PVDF）杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛血清白蛋白（BSA）截留率和污染恢复率等参数。结果表明,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的接触角从78.4°减小到66.02°,膜的亲水性能有所提升。同时,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的纯水通量最大（1 018 L/（m²·h））,对BSA的截留率达到81.5%,污染恢复率达到了78.65%以上。新型SiO₂-GO纳米杂化颗粒协同PVP添加剂增强了PVDF超滤膜的水通量、污染物截留和抗污染特性等综合性能,为传统PVDF有机膜的改性提供了一种新方法。     

基于石墨烯量子点TFN膜的制备与性能

利用哌嗪与均苯三甲酰氯的界面聚合反应将石墨烯量子点(GQDs)作为水相添加剂掺入到纳滤膜分离皮层中构成薄层纳米复合膜GQDs-PA-TFN,并采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜、原子力显微镜、Zeta电位、水接触角等进行表征分析.研究发现,即使水相中加入的GQDs量较低,GQDs-PA-TFN膜的表面结构、荷负电性和亲水性能也可得到有效改善.同时为了保证GQDs-PA-TFN膜对小分子物质的高效截留,在不牺牲膜渗透通量的情况下进行了二次界面聚合反应.当GQDs添加量为质量分数0.003%,在实验得到的最佳反应条件下制备的GQDs-PA-TFN膜在0.6 MPa压力下渗透通量为36.9 L/(m~2·h),是未添加GQDs的薄层复合膜的1.4倍,对MgSO_4的截留率为95.8%.     

石墨烯量子点在分离膜材料中的应用研究进展

在传统分离膜中引入纳米材料,有望解决选择性与渗透性之间存在的Trade-off效应、膜污染、化学稳定性等关键共性技术难题.零维石墨烯量子点(GQDs)纳米材料具有尺寸小、比表面积大、亲水性强等突出优点,在分离膜材料领域具有潜在的应用前景.本文归纳了基于界面聚合、相转化、表面改性等常规制膜方法,将GQDs或改性GQDs引入活性层(表层)、中间层或支撑层(亚层)等膜基质中,实现调控与优化分离膜结构与性能的最新研究进展.探讨了GQDs与改性GQDs对界面聚合"反应-扩散"过程、铸膜液热力学与相转化动力学过程以及层状膜层间距的影响机制,并阐述了引入GQDs或改性GQDs赋予分离膜抑菌、自清洁、荧光检测等新功能的原因.最后,展望了基于GQDs开发新型膜材料所面临的机遇和挑战.     

氟化改性ZIF-8-90杂化膜的制备及其渗透汽化脱醇研究

有机-无机杂化膜是目前膜分离研究的热点,但是有机基体-无机粒子之间的界面缺陷是目前面临的重要问题.使用五氟丙胺改性ZIF-8-90粒子(F-ZIF-8-90),为了改善有机基体-ZIF-8-90之间的界面缺陷和提高ZIF-8-90的疏水性,红外谱图证实了五氟丙胺的成功接枝.以F-ZIF-8-90为填充料,制备了一系列Pebax 2533/F-ZIF-8-90杂化膜,考察了杂化膜的形貌结构、疏水性能和渗透汽化性能.研究结果表明,F-ZIF-8-90填充质量分数为5%时,70℃测试条件下杂化膜对质量分数5%乙醇水溶液的渗透通量最高可达201.5 g/(m~2·h),对应的分离因子为5.4.相比较纯Pebax 2355膜,渗透通量和分离因子分别提高了24.1%和151.9%,打破了渗透通量和分离因子相互制约的效应.     

乙二胺化氧化石墨烯改性超支化聚氨酯-含丙烯酸酯复合乳液的制备与表征

采用乙二胺与丙烯酸丁酯依次对氧化石墨烯(GO)进行改性引入乙烯基(MGO),然后与丙烯酸酯类(含羟基)单体聚合获得含-OH的MGO/PA;同时在超支化聚氨酯核外围接枝线性聚氨酯获得含-NCO的超支化聚氨酯预聚体,两者混合后缩聚并交联,经乳化获得乙二胺化GO改性超支化聚氨酯-含丙烯酸酯复合乳液。通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、原子力显微镜、扫描电镜、热重分析等对材料进行表征,并探讨了不同含量MGO对乳液力学稳定性、胶膜耐水性、热性能以及力学性能的影响。结果表明,乙二胺对GO改性成功,剥离更完全且分散性很好。当引入聚丙烯酸酯(PA)固定含量为16%,随着MGO含量的增加,胶膜的水接触角、拉伸强度、吸水率均呈现先增加后降低的趋势,当MGO质量分数为0.46%时,与HBPU基体有较好的相容性,复合材料的综合性能最佳,其热分解温度提高了29℃,胶膜表面水接触角为99.7°,24 h吸水率为5.21%,拉伸强度为15.37 MPa,断裂伸长率为445.3%。     

纳米SiO_2有机杂化膜制备研究

采用共混法和溶胶-凝胶法制备了纳米SiO_2有机杂化膜,考察了制备方法和SiO_2的性质对杂化膜结构和性能的影响.结果表明:采用溶胶-凝胶技术制备的杂化膜同共混法得到的杂化膜及未杂化膜相比,机械性能明显提高,膜微观结构改善,并表现出良好的气体分离性能.此外,杂化膜中无机相的负载量也是一个影响杂化膜结构和性能的重要因素,当正硅酸乙酯的添加量为30%(wt)时,杂化膜的综合性能较为理想.     

骨架修饰有机-无机杂化二氧化硅膜的研究进展

综述了骨架修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜的制备及其在气体分离和渗透汽化方面的应用。在-Si-O-Si-骨架结构中引入有机基团形成有机-无机杂化的二氧化硅膜,提高了膜材料的孔径可调控性和水热稳定性。分析了采用不同有机基团修饰对膜材料性能的影响,综述了近年来这类膜材料在气体分离和渗透汽化方面的应用。     

三维立体介孔结构的海藻酸钠/氧化石墨烯复合气凝胶的制备及其对亚甲基蓝的吸附

为了有效去除废水中的染料,本论文以海藻酸钠（SA）和氧化石墨烯（GO）为原料,采用一步水热法制备海藻酸钠/氧化石墨烯（SA/GO）复合水凝胶,并通过冷冻干燥法得SA/GO复合气凝胶。利用FT-IR、XRD、SEM、TEM、N₂等温吸附-脱附、接触角来表征SA/GO复合气凝胶并研究其吸附性能。结果表明,SA/GO复合气凝胶是具有三维立体结构的多孔材料,BET比表面积约为580.54 m²·g^-1。讨论了SA/GO复合气凝胶对亚甲基蓝（MB）溶液吸附过程的影响因素,在碱性条件下,吸附效果最好,吸附率可达99.41%,吸附量可达248.53 mg·g^-1,并表现出优异的循环再生性。     

氧化石墨烯/β-环糊精超分子杂化体的制备及表征

利用有机合成技术及超分子自组装技术逐级合成了一种新颖的石墨烯基超分子杂化纳米材料,并利用红外(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)等确认了产物的结构.同时,热重(TG)研究表明:在50~400℃的测试范围内,源于界面相互作用的提高,逐级引入的有机基团显著增加氧化石墨烯衍生物的热稳定性能.该材料在开发具有新颖性能的石墨烯基有机无机杂化复合材料具有一定的实践意义及理论价值.