论文部分内容阅读
膜工艺与传统的水处理工艺相比是一种能耗低、效率高的分离工艺,可以对海水、地表水、地下水甚至受污染水源进行去质净化。对污染物截留的可靠性,膜材料制备的灵活性以及过程简单且易控制,从而膜技术被认为是一种有效的水处理技术。聚砜（PSF）是一种性能较为优异的成膜聚合物,由于其强度高、抗蠕变性能好、耐高温和pH的使用范围广等优点,成为工业上应用最为广泛的膜材料。但由于聚砜疏水性强,导致渗透膜很容易被污染,影响膜的通量和选择性,从而使膜的使用效率和使用寿命下降,限制了聚砜膜材料在水处理中的应用。无机-有机杂化膜作为近年来膜分离的研究热点,其中将碳基纳米材料添加到聚砜基体中,可以把碳基纳米材料与聚砜材料的优异性能相结合,可使聚砜膜的渗透分离性能得以显著提升。利用上述原理,本文对碳基纳米材料、聚砜复合膜及复合纤维膜的制备及性能进行了研究。结果如下:1.首先采用改进的Hummers法制备得到氧化石墨烯（GO）,然后通过酰胺反应将改性的Fe3O4纳米粒子负载于GO上,制备出磁性氧化石墨烯（MGO）。结果表明:通过化学法制备出的GO结构中存在大量的含氧官能团,结构有序程度较低。通过超声共沉淀法制备出的Fe3O4纳米粒子具有更小的尺寸和更好的尺寸分布,且当反应温度为30℃时,制备出的Fe3O4纳米粒子粒径较小,约为7-13nm,形状规则性更好。改性后Fe3O4纳米粒子出现氨基基团,与氧化石墨烯进行反应后成功制备出MGO。2.将MGO加入聚砜铸膜液中,经特定的磁场处理后,通过浸沉凝胶相转化法制备出复合聚砜膜。研究发现:复合膜表面存在大量膜孔,截面是典型的非对称结构。加入亲水性填料后,支撑层孔结构体积减小,由指状孔向蜂窝孔变化且孔壁变薄。与PSF纯膜相比,随着MGO量的增加,复合膜的水接触角从56.3°下降至41.8°。PSF-GO膜、MGO-1膜、MGO-2膜和MGO-3膜的渗透通量增加了163.5%、67%、138.7%、184.5%,并且对PEG-2000都具有截留能力。3.将氧化石墨烯和改性碳纳米管（G-CNTs）以不同比例分散于聚砜铸膜液中,通过浸沉凝胶相转化法制备出复合聚砜膜。结果表明:改性碳纳米管具有好的尺寸及尺寸分布,弯曲程度及缠结程度较高,结构中存在大量含氧官能团。复合膜截面是非对称结构,随着加入量中改性碳纳米管所占比例增加,复合膜分离层厚度增加,致密度增大。而随着加入氧化石墨烯的量增多,支撑层孔结构体积减小,由指状孔向蜂窝孔变化且孔壁变薄。随着加入量中氧化石墨烯所占比例增加,复合膜相比于纯膜的水接触角从64.9°下降至46.8°。复合膜对PEG-2000的截留率均大于90%,当氧化石墨烯和改性碳纳米管的加入比例为2:1时,复合膜的渗透通量由9.92L/（m2·h）增加至33.25 L/（m2·h）,增加了235%,呈现出最佳的渗透分离性能。4.将氧化石墨烯加入聚砜纺丝液中,通过静电纺丝法制备复合纤维及纤维膜。研究结果表明:选用聚砜质量分数为20%、电场电压为35 kV、接收距离为20cm、溶液推进速度为0.8mL/h能够制备出理想的复合纤维结构。