【摘 要】
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膜分离技术具有节能、低碳、高效等优点,在能源与环境领域发挥着日益重要的作用,是推进可持续发展和提高人们生活质量的变革性技术之一。膜结构的精密构筑是强化膜传质机制,进而获得高性能分离膜的重要手段。本研究面向渗透蒸发醇水分离,提出在氧化石墨烯（GO）膜内构筑异质结构以实现膜传质机制协同优化的策略,采用简便可控的方法制备了具有异质结构的GO膜,以期为高性能膜内异质结构的精密构筑和可控调变提供基础。主要研
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膜分离技术具有节能、低碳、高效等优点,在能源与环境领域发挥着日益重要的作用,是推进可持续发展和提高人们生活质量的变革性技术之一。膜结构的精密构筑是强化膜传质机制,进而获得高性能分离膜的重要手段。本研究面向渗透蒸发醇水分离,提出在氧化石墨烯（GO）膜内构筑异质结构以实现膜传质机制协同优化的策略,采用简便可控的方法制备了具有异质结构的GO膜,以期为高性能膜内异质结构的精密构筑和可控调变提供基础。主要研究内容及结果如下:（1）GO膜表面结构调控:通过压力辅助自组装和浸渍法,在聚四氟乙烯（PTFE）支撑膜上制备了具有超薄单宁酸（TA）亲水涂层的异质结构TA-GO/PTFE膜。膜表面的TA层具有大量亲水性酚羟基,易与水分子形成氢键,强化了水分子在膜表面的溶解过程;膜内GO快速传质孔道强化了水分子的扩散过程。通过控制TA自聚反应体系的p H值,调变了TA层的含氧基团比例和致密程度,协同优化了溶解-扩散传质机制,探索了膜表面结构与分离性能的构效关系。TA层共价交联的层间界面及其自修复性能提高了膜的稳定性。TA-GO/PTFE膜用于渗透蒸发正丁醇脱水,渗透通量达9988 g m-2 h-1,分离因子达4424。（2）GO膜内孔道结构调控:通过共混和压力辅助自组装法将多孔蛭石（HVMT）纳米片引入GO层间,制备了具有异质孔道结构的GO-HVMT/PTFE膜。HVMT纳米片的多孔结构缩短了传质路径,强化了水分子的扩散过程;HVMT提升了膜的亲水性,强化了水分子的溶解过程;HVMT和GO之间的氢键作用提升了膜的稳定性。通过调控HVMT的填充量,调变了膜内孔道的物理结构和化学组成,协同优化了溶解-扩散传质机制,探索了膜内孔道结构与分离性能的构效关系。GO-HVMT/PTFE膜用于渗透蒸发正丁醇脱水,渗透通量达9554 g m-2 h-1,分离因子达2678。
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