氧化石墨烯、石墨烯的制备及其功能复合膜的研究.pdf


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氧化石墨烯、石墨烯的制备及其功能复合膜的研究 氧化石墨烯、石墨烯的制备及其功能复合膜研究StudyonPreparationofGrapheneOxide,Grapheneandthem-positeMembranes一级学科:化学工程与技术学科专业:膜科学与技术研究生:杨伟指导教师:王宇新教授天津大学化工学院2011年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月摘要自2004年石墨烯(Graphene)被成功制得以来,因具有特殊的物理、化学及力学性质,使其成为备受瞩目的国际研究前沿和热点,在众多领域有着潜在的巨大应用价值。本文首先制备了氧化石墨烯和石墨烯,然后以它们为原料制备了聚合物功能复合膜,并对复合膜的性能进行了研究。首次利用浓硫酸作为脱氧剂脱氧还原氧化石墨烯制备了石墨烯。研究结果表明,随反应温度和反应液中硫酸浓度的增大,石墨烯的还原程度增强。硫酸浓度是决定还原程度的关键因素,只有浓度大于70wt%时,氧化石墨烯才能被还原的比较彻底。利用制得的石墨烯制备了PVDF/Graphene导电复合膜。研究结果显示,随石墨烯含量的增加,复合膜的断面出现越来越多鳞片状断茬结构。%时达到最大值,%。石墨烯添加量为1wt%时达到复合膜的导电渗流阀值,。首次将氧化石墨烯片层掺杂到较高磺化度(DS=67%)的SPEEK中制备了复合质子交换膜。研究表明,氧化石墨烯的加入,提高了复合膜的尺寸稳定性,并且复合膜的阻醇性能和可使用温度都得到显著地提高。使用温度的提高使SPEEK高电导率的特性得以发挥。利用甲基磺酸作溶剂,采用浸没沉淀相转化法首次制备了不同磺化度的SPEEK超滤膜。研究发现,膜的含水率、溶胀度及膜表面孔径随磺化度的升高而增大。膜的纯水通量随磺化度的升高明显增加,磺化度为60%的膜的纯水通量比磺化度为12%%。超滤膜对BSA有较高的截留性能,而PEG-20K及RoseBengal的截留率却随磺化度的增大而明显下降。在过滤BSA溶液过程中,由于BSA分子在过程驱动力的作用下沉积在SPEEK超滤膜的表面或进入膜孔内,从而使膜的渗透通量与纯水通量相比下降非常明显。此外,膜的渗透通量还与进料液的pH有关。碱性环境下,BSA与SPEEK超滤膜的电荷排斥作用增强,使得BSA不易在膜表面沉积,从而使膜保持较高的渗透通量。首次制备了磺化度为7%的SPEEK纳滤膜,并表征了其纳滤性能。研究发现,通过调节铸膜液的浓度、成膜凝固浴的温度及组成,可以制得性能优异的SPEEK纳滤膜。低磺化度的SPEEK膜具有良好的热稳定性,可以在较高温下工作。制备了SPEEK/GO复合纳滤膜,并对复合膜的性能进行了初步的研究。实验发现,随GO添加量的增大,复合膜的渗透性能下降,截留性能提高。并且GO的添加使复合膜的尺寸稳定性得到显著提高。关键词:氧化石墨烯;石墨烯;导电复合膜;磺化聚醚醚酮;质子交换膜;超滤;纳滤ABSTRACTGraphene,whichwasfirstpreparedin2004,,chemicalandmechanicalproperties,,wepreparedgrapheneoxide(GO)andgraphenefirstly,andthenpreparedthem-(H2SO4)asd

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  • 时间2014-05-12
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