發(fā)布時(shí)間：2021-01-14 02:27

　　膜分離技術(shù)效率高、能耗低,在水處理和氣體分離等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。二維膜是一類新興的分離膜,由高橫縱比的二維納米片組裝而成,成膜容易、力學(xué)性能好、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、可調(diào)控;在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)溶劑脫水、納濾、離子截留、氣體篩分等領(lǐng)域的高效分離,有望突破傳統(tǒng)分離膜的性能上限;但目前對(duì)二維膜的研究仍處于初期階段。如何對(duì)二維膜進(jìn)行精密構(gòu)筑和結(jié)構(gòu)調(diào)控,以優(yōu)化其分離性能,使之針對(duì)不同的分離體系、在各分離尺度達(dá)到理想的分離效果仍具挑戰(zhàn)。面對(duì)如何提高二維膜的滲透性、選擇性和穩(wěn)定性這三項(xiàng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo),本文綜述了系列二維膜的精密構(gòu)筑和結(jié)構(gòu)調(diào)控方法,包括離子交聯(lián)、客體材料插層、表面改性等,分別從二維膜的層間距調(diào)控、二維納米片相互作用關(guān)系的調(diào)節(jié)、二維膜的通道有序性等方面設(shè)計(jì)與構(gòu)筑二維膜的分離通道,以實(shí)現(xiàn)二維膜分離性能的全面提升。 

【文章來(lái)源】：化工進(jìn)展. 2020,39(12)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：14 頁(yè)

【部分圖文】：

二維膜層間通道的傳質(zhì)路線

圖2 二維膜層間通道的傳質(zhì)路線氣體傳質(zhì)路徑由A通道（層間通道和片層間形成的褶皺）和B通道（納米片面內(nèi)孔，GO納米片氧化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些面內(nèi)缺陷孔）組成。式中，h為膜厚度；ε和τ分別是A/B通道的孔隙率和曲折度，分別由納米片孔隙率、片層的橫縱比決定；D和K為A/B通道中的氣體擴(kuò)散系數(shù)和吸附平衡常數(shù)，受氣體的理化性質(zhì)、通道孔徑參數(shù)和膜材料影響。因此對(duì)膜來(lái)說(shuō)，氣體滲透通量主要由片層的表面性質(zhì)（影響吸附/溶解性）、層間和面內(nèi)通道的孔隙率和路徑曲折率（影響擴(kuò)散率）以及A/B路徑的缺陷密度等決定。

如圖5所示，高超教授團(tuán)隊(duì)[42]利用碳納米管制備了插層的還原GO膜（碳納米管和還原的GO納米片的質(zhì)量比為2∶1），在兩者GO納米片含量相同的情況下，水通量相較于未插層的膜提高了一倍，并保持了對(duì)染料和離子的較好截留效果，對(duì)含量為0.05g/L的甲基橙溶液中的染料分子截留率達(dá)到96%，對(duì)0.01mol/L的Na2SO4溶液的離子截留率達(dá)81.0%。徐銅文教授團(tuán)隊(duì)[43]用2,6-二甲基對(duì)聚苯氧（SPPO）插層g-C3N4膜，約226nm厚的原始g-C3N4膜的水通量為60L/(h·m2·bar)(1bar=105Pa），而插層后約350nm厚的SPPO/g-C3N4的水通量高達(dá)8867L/(h·m2·bar)，且對(duì)亞甲基藍(lán)的截留率接近100%。本文作者團(tuán)隊(duì)[44]制備了用聚丙烯酸（PAA）插層的g-C3N4膜，增大了層間距并形成了更寬廣的納米通道，同時(shí)在PAA的親水性基團(tuán)作用下，摻雜約10%PAA的490nm厚的g-C3N4膜的水通量為117L/(h·m2)，而原始405nm厚的g-C3N4膜的水通量?jī)H為47.5L/(h·m2)，且插層后的二維膜對(duì)伊文思藍(lán)（濃度為10mg/L）的截留率僅從85%略微降低到83%（供料側(cè)壓力為1bar，滲透?jìng)?cè)抽真空，測(cè)試壓差為1bar）。圖5 碳納米管插層GO膜示意[42]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]層層堆疊石墨烯膜的穩(wěn)定性強(qiáng)化及層間距調(diào)控研究進(jìn)展[J]. 劉露月,呂滎賓,劉壯,汪偉,巨曉潔,謝銳,褚良銀.  膜科學(xué)與技術(shù). 2020(01)
[2]金屬有機(jī)骨架膜的制備與應(yīng)用進(jìn)展[J]. 周勝,侯倩倩,魏嫣瑩,王海輝.  化工進(jìn)展. 2019(01)
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本文編號(hào)：2976028