石墨烯及氧化石墨烯功能分離膜的研究進(jìn)展和應(yīng)用

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1、華東理工大學(xué)2015—2016學(xué)年第一學(xué)期《功能性材料科學(xué)》課程論文2016.04班級(jí)M152學(xué)號(hào)Y30150197姓名孫祈安開課學(xué)院化學(xué)與分子工程學(xué)院任課教師陳峰成績(jī)________論文題目：石墨烯及氧化石墨烯功能分離膜的研究進(jìn)展和應(yīng)用論文要求：（1）某種功能性材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用；（2）要求是2015年以后的最新成果。教師評(píng)語(yǔ)：教師簽字：年月日石墨烯及氧化石墨烯功能分離膜的研究進(jìn)展和應(yīng)用摘要：石墨烯及氧化石墨烯由于其獨(dú)有的性質(zhì)在分離膜領(lǐng)域引起廣泛關(guān)注。本文綜合分析了石墨烯及氧化石墨烯在分離膜改性

2、方面的幾種典型應(yīng)用，即共混膜、多孔石墨烯膜和層狀排列氧化石墨烯膜，并結(jié)合其制備方法、效能和作用機(jī)理進(jìn)行闡述。結(jié)果表明，層薄和機(jī)械性能強(qiáng)的完美結(jié)合使石墨烯可以通過(guò)打孔形成分離性能較好的多孔石墨烯膜，但是制備大片石墨烯的難度和不成熟的打孔技術(shù)限制了其進(jìn)一步發(fā)展；而層狀排列的氧化石墨烯膜可充分發(fā)揮氧化石墨烯材料的特性，以層間間距作為主要運(yùn)輸通道有利于充分發(fā)揮氧化石墨烯高輸運(yùn)速率的優(yōu)點(diǎn)和高選擇性的特性，為開創(chuàng)下一代高通量、高選擇性、強(qiáng)抗污染性的高性能分離膜提供了重要思路。關(guān)鍵詞石墨烯氧化石墨烯分離膜膜性能層

3、狀排列氧化石墨烯膜。Abstract:Grapheneandgrapheneoxide(GO)haveattractedmuchattentiononseparationmembraneduetotheiruniqueproperties.Inthispaper,wereviewthemembranemodificationmethodsbygrapheneandGO,includingmembraneblendingwithGO,nanoporousgraphenemembraneandlayer

4、edGOmembrane,andcomprehensivelyanalyzetheperformancesandmechanismsofthesemodifiedmembranes.Theresultsshowthat:nanoporousgraphenemembranehasgoodseparationperformancesbecauseofgrapheneshighmechanicalstrength，atomicthicknessandabilitytosupportsubnanometre

5、pores,butitischallengingtomanufacturelargegraphenewithmaintainingthestructuralintegrityandcontroltheporesizeandporedistribution;theparticularpropertiesofGOgetthefullplayinlayeredGOmembranes,whichachievehighwaterfluxmainlybecausethenon-oxidizedregionofG

6、Owithnearlyfrictionlesssurfacepromotestheextremelyfastflowofwatermolecules,andobtainshighrejectionbecauseofrejectingunwantedsolutes.Accordingly,layeredGOmembranewillbethoughtasapromisingmembraneseparationtechnologytoobtainfineperformancesofhighpermeabi

7、lity,selectivityandanti-foulingability．Keywords:graphene;grapheneoxide;separationmembrane;membraneperformance;layeredGOmembrane發(fā)展石墨烯功能分離膜，使其具有高效過(guò)濾與分離液相中不同分子和離子的能力對(duì)于一系列環(huán)境工程應(yīng)用極其重要。功能分離膜的設(shè)計(jì)原理包括空間位阻效應(yīng)、靜電相互作用和化學(xué)相互作用。由氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)微片堆疊而成的層狀薄膜可將以上三種

8、分離原理集于一身，在功能分離膜的制備與應(yīng)用領(lǐng)域極具優(yōu)勢(shì)。例如，GO表面電離含氧官能團(tuán)與離子產(chǎn)生靜電相互作用，實(shí)現(xiàn)不同價(jià)態(tài)離子的選擇性過(guò)濾和分離。然而，根據(jù)離散電荷系統(tǒng)庫(kù)倫定律，如果不考慮納米毛細(xì)管的尺寸效應(yīng)、化學(xué)相互作用、離子水合殼層的靜電屏蔽及反離子靜電阻力，GO膜對(duì)一價(jià)、二價(jià)和三價(jià)離子的滲透選擇度之比為6:3:2。這一比例過(guò)小，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)不同價(jià)態(tài)離子的有效分離。清華大學(xué)朱宏偉教授課題組與日本材料科學(xué)研究所的馬仁志博士合作，設(shè)計(jì)了一種由帶負(fù)電的GO和帶正電的氫氧化物