發(fā)布時間：2020-06-19 19:01

【摘要】：隨著石墨烯材料與石墨烯孔制備技術(shù)的快速發(fā)展,多孔石墨烯作為分離膜得到諸多應用,基于多孔石墨烯膜的反滲透研究引起廣泛關注。本文利用分子動力學方法研究了鹽溶液在多孔石墨烯膜中的反滲透過程,探究了多孔石墨烯膜的反滲透性能。研究結(jié)果將對多孔石墨烯膜反滲透性能研究及多孔石墨烯膜設計提供一定的理論指導�；趩螌訋Э资┠し礉B透模型,探究鹽溶液濃度、壓強、孔結(jié)構(gòu)對膜反滲透性能影響。研究發(fā)現(xiàn)鹽溶液濃度變化時對多孔石墨烯膜水通量影響較小,但多孔石墨烯膜鹽離子截留性能隨鹽濃度增加而提高。其次,研究發(fā)現(xiàn)多孔石墨烯膜的水通量隨著壓強增加而增大,鹽離子截留性能隨著壓強增大而降低。此外在多孔石墨烯膜孔面積變化時,多孔石墨烯膜水通量隨孔面積增大而提高,水通量可達172 L?cm~(-2)?day~(-1)?MPa~(-1),在相同鹽離子截留性能條件下比實驗報道中聚酰胺復合反滲透膜的水通量高2-3個量級。多孔石墨烯膜孔面積對鹽離子截留性能有重要影響,當孔徑小于鹽離子水合半徑時,鹽離子被多孔石墨烯膜完全截留,當孔徑大于鹽離子水合半徑時,離子截留率隨孔面積增大而減小。在多孔石墨烯膜孔構(gòu)型變化時,發(fā)現(xiàn)水分子透過多孔石墨烯膜孔構(gòu)型越趨近圓形態(tài)能障越低,多孔石墨烯膜的水通量越高,膜鹽離子截留性能隨著孔構(gòu)型趨近圓形態(tài)而降低。基于多層帶孔石墨烯膜反滲透模型,探究鹽溶液濃度、壓強、層錯和層間距,及層數(shù)變化和引入梯度孔對膜反滲透性能影響。研究結(jié)果表明鹽溶液濃度變化時,水分子透過雙層多孔石墨烯膜的能障變化比較小,膜水通量變化可不考慮,膜的鹽離子截留性能隨著鹽溶液濃度增大而提高。當增大壓強時,水分子透過雙層多孔石墨烯膜的能障會減小,膜水通量隨壓強增加而增大,鹽離子截留性能隨壓強增大而降低。在考慮雙層多孔石墨烯膜層間距和層錯距離變化時,發(fā)現(xiàn)水分子透過平衡間距雙層多孔石墨烯膜能障最小,相應的膜水通量最大。隨著層間距增大,雙層多孔石墨烯膜能障增大,膜水通量減小,鹽離子截留性能則是隨著層間距的增大而提高。此外,水分子透過雙層多孔石墨烯膜的能障隨層錯間距的增加而增大,水分子透過時能量要求提高,所以膜的水通量減少,而鹽離子截留性能隨層錯間距的增大而提高。當多孔石墨烯膜層數(shù)變化時,結(jié)果表明:層數(shù)增加后水分子透過多孔石墨烯膜的能障作用更為顯著,水分子越難透過多孔石墨烯膜,從而膜的水通量減小,鹽離子截留性能則隨著層數(shù)的增加而增強;當引入梯度孔結(jié)構(gòu)時,發(fā)現(xiàn)梯度孔結(jié)構(gòu)使得水分子透過膜的能障作用增強,從而膜的水通量減少,但鹽離子截留性能在引入梯度孔結(jié)構(gòu)后得到提高。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893;TQ127.11
【圖文】：

圖 1.1 左圖為石墨烯蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)，右圖為對應布里淵區(qū)Fig. 1.1 Left：honeycomb structure lattice of graphene, right: Brillouin 有同尋常的電荷傳輸能力，在實驗中發(fā)現(xiàn)載流子可以近光速在目前已知的最快的電子遷移率[26]且不受溫度的影響。在光學烯沒有帶隙所以對光容易飽和，具有低的光飽和通量，石墨烯以吸收 3.2% 的白光使得其在光學領域有廣闊應用前景，如高伏電器[27-29]等。實驗中利用非接觸光學技術(shù)[30]測得懸浮的石墨為(5.3±0.48）×103W m-1 K-1，導熱系數(shù)高于碳納米管，是金，石墨烯卓越的導熱性能非常有利于微熱電器應用和熱能管理單原子厚度，但石墨烯本身不具滲透性，沒有粒子能夠透過石墨烯基本單元，其穩(wěn)定的化學性質(zhì)不易被輕易破壞。利用粒子[32]等制造孔穴增強了石墨烯的滲透性能，使得基于多孔石墨設計應用成為可能。

圖 1.2 高能離子轟擊法制備多孔石墨烯過程Fig. 1.2 Process to drill pores in graphene by high-energy ions圖 1.3 氬離子轟擊制備多孔石墨烯過程圖Fig. 1.3 Way of creating porous graphene by Ar+ion轟擊法制備的多孔石墨烯成本較高，不利于規(guī)模化生產(chǎn)，研究人員方法催化氧化[49]、腐蝕[50]等方法制備多孔石墨烯。中國石油大學鎂片層經(jīng)煮沸處理來構(gòu)建 200-400 nm 的氫氧化鎂片層，隨后在 5水，形成具有網(wǎng)孔的氧化鎂片層，通入用于化學氣相沉積法生長石

【參考文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 張金磊;沸石分子篩膜與多孔碳材料的合成及表征[D];吉林大學;2013年

本文編號：2721214