氧化石墨烯改性陶瓷微滤膜离子截留性能研究

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陶瓷微滤膜由于孔径较大,无法直接用来分离去除溶液中的离子。本课题组前期研究发现,在外电场辅助作用下,导电陶瓷微滤膜将具有良好的离子截留性能。由此,本文先采用5μm Al2O3粉和注浆法制备出膜支撑体,后分别以1μm和150 nm的Al2O3粉在该支撑体上制备顶膜,获得Al2O3复合膜。再采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,利用真空浸渍法对氧化铝陶瓷微滤膜进行氧化石墨烯改性,结合热还原工艺,获得导电性可控的氧化石墨烯改性陶瓷微滤膜,同时研究改性膜在外电场辅助作用下的离子截留性能。本文主要探讨了球磨时间和分散剂的用量对纳米Al2O3粉分散性的影响、稳定剂的用量与纳米Al2O3膜浆稳定性的关系、热还原温度对氧化石墨烯导电性能的作用、改性次数和热还原温度对改性膜导电性能的调控效果以及改性次数、外加电场、膜层孔径、热还原温度、离子种类和离子浓度对改性膜离子截留性能的影响规律,并利用激光粒度分析仪、四探针测试仪、Raman光谱、SEM、TEM等测试手段对实验样品进行了分析表征,研究结果表明:当烧成温度为1500℃时,注浆法制备的支撑体抗折强度为42.35 MPa,平均孔径约为410 nm,显气孔率约为42.26%,纯水渗透通量约为2002.43 l/(m2·h·bar);当纳米Al2O3粉的固含量为10 wt%时,加入0.15 wt%Dolapix CE-64和3.0 wt%PVA-1799,可以获得稳定悬浮的纳米Al2O3膜浆。采用1μm和150 nmAl2O3粉制备的陶瓷顶膜,孔径分别为120 nm和80 nm;采用改进的Hummers法制备的氧化石墨烯平均粒径约为15 nm,通过160℃、200℃和230℃热还原后,氧化石墨烯导电率分别为14.497 s/m、100.165 s/m和124.521 s/m,通过调控改性次数以及热还原温度,获得了导电率在0.714×10-83.383×10-8 s/m之间的改性陶瓷微滤膜;通过测定不同外电场辅助作用下,改性膜对不同盐溶液的离子截留性能,发现:改性膜对不同离子的截留性能不同,对于阳离子截留率,Mg2+>Ca2+>Na+;而对于阴离子截留率,SO42->Cl-;当改性三次,热还原温度为200℃,外电压为9 V时,改性膜对0.81×10-3mol/l的MgCl2溶液的平均离子截留率为87.44%,此时其渗透通量为1871.57l/(m2·h·bar)。
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