氧化石墨烯改性PVDF膜及其膜蒸馏性能研究

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膜蒸馏拥有操作流程简单、能耗低、分离效率高等优势。科技日益进步,膜材料的相关工艺也取得了长足的进步,在复杂的污水处理中成为重点研究的处理方法。膜蒸馏两侧料液温度不同,两侧温度差引起蒸汽压差不同,蒸气压差是膜蒸馏的传质推动力,但疏水膜本身是高度疏水的,这使得传质过程中受到的阻力增加。因此产水质量与其他处理过程相比较低,阻碍了其大规模应用。最新的实验表明,氧化石墨烯(graphene oxide,GO)能够提高水传递速率。GO片层间距的范围在0.7nm-1nm之间,利用其尺寸筛分效应能够有效的截留目标污染物。本文采用GO对膜蒸馏常用的PVDF膜进行冷侧亲水改性,研究改性膜膜通量和截盐率的变化。将不同氧化程度氧化石墨烯用于膜改性,探究GO氧化程度对膜蒸馏性能的影响。因此,本研究主要分为如下内容:(1)选择改性Hummers法为GO的制备方法,将反应温度依次设置为50℃、60℃、70℃,制备不同氧化程度氧化石墨烯(50GO、60GO、70GO),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、XRD、电子扫描电镜(SEM)、X射线能谱(XPS)等手段表征了其结构。发现随着反应温度的提高氧化程度提高。(2)分别采用直接涂覆法和复合表面涂覆法将GO涂覆在PVDF膜表面,并对可能影响膜改性的关键因素进行了研究。发现直接涂覆法无法有效的将GO固定在PVDF膜上,而利用复合涂覆法能够将GO牢固的固定下来。探究了多巴胺浸泡时间和GO涂覆液浓度等因素对膜结构和性能的影响,确定最佳实验条件为多巴胺浸泡2h,GO涂覆液浓度为5mg/mL。(3)采用复合表面涂覆法,通过多巴胺将GO固定在PVDF膜表面。使用不同氧化程度的氧化石墨烯制备出不同的GO复合膜(50GO/PVDF、60GO/PVDF、70GO/PVDF)。结果表明:GO改性增强了原膜的亲水性,且GO氧化程度越高亲水性越强。接触角不断下降;膜通量相比原膜依次提高了5.7%、10%、18.9%,最高可以达到18.3 kg.m-2.h-1;截盐率较原膜相比也有所提高,从99.2%提高到99.9%,但氧化程度对截盐率影响不大。
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