石墨烯纳滤膜的制备改性及其性能研究高分子化学与物理专业论文.docxVIP

浙江大学博士学位论文 浙江大学博士学位论文 致谢 致谢 写完这本亦厚亦薄的博士毕业论文闭眼脑海中浮现的便是十年前初来浙大 报道的场景，当时第一次看到印在录取通知书上竺可桢校长的两个问题，给出了 自己最初的答案。然而从2004年到2014年这十年，既是我人生中最珍贵的十年， 也是中国社会飞速发展的十年。这十年，面对外面不断变化的社会与世界，我对 竺老校长的两个问题的答案也是不断在改变。在这期间我迷茫过，也走过不少弯 路。然而现在回想起来，就是在青春最躁动的这十年里，我能够在求是园里接受 浙大独特脱俗气质的熏陶，感受浙大踏实不浮躁的求是精神，而不至于在纷纷扰 扰的世界里迷失自我，是多么幸运的一件事情。因此首先我想怀着最诚挚的敬意 来感谢培育我十年的浙江大学。而我的博士导师高超教授就是这种求是精神的典 型代表。高老师治学严谨勤奋，思维敏锐，具有极其开阔的科学眼界和非常扎实 的理论功底。高老师是我进入科研领域的领路人，带我领略科学的魅力，激发我 的科研热情。他对我在科研上要求严格，通过一次次耐心的指导来锻炼我科学的 思维方式并教给我科学的研究方法和技能。在我自满的时候让我看到不足。在我 遇到挫折一蹶不振的时候又能够通过他渊博的学识让我看到曙光。在生活上高老 师对我关爱有加，支持我参加各项体育运动，让我非常愉悦的度过了六年研究生 时光。在此我向高老师表达我最诚挚的感谢，高老师您辛苦了! 感谢我的父母，攻读博士期间，是你们物质及精神上的支持让我度过最艰难 的时刻，是你们的鼓励与关怀让我内心充满温暖。你们这二十多年来对我倾注心 血的养育之恩是无法用语言来表达的。感谢我的妻子，你的陪伴让我不再孤独， 你的鞭策让我不断进步。作为一名浙大电气学院博士，你身上的有众多让我学习 的地方，有趣的是你对我在科研上的启发有时也堪称神来之笔。 感谢实验室诸位同窗：许震、周立、贺鸿坤、寇亮、孙海燕、胡小珍、郑冰 娜、赵晓莉、刘铮、黄铁骑、陈琛、彭蠡、魏杨扬、李斯培、姜炎秋、石敬等人， 你们如同兄弟姐妹般对我无私的帮助是我科研道路上不可或缺的部分，感谢你们 万方数据 浙江大学博士学位论文 浙江大学博士学位论文 致谢 让我度过了一段段非常温馨而难忘的实验室时光。感谢朱宝库教授课题组的姚之 侃、王文彬等人在分离膜领域的帮助和指导，这对我博士课题的帮助非常关键。 感谢高分子测试中心的陈军、赵晖、方佐等老师在分析测试上细心的帮助和指导。 最后再次感谢以上提到的和没有提到的，帮助过、批评过以及鼓励过我的人， 正是你们的帮助让我拨开人生的迷雾，对竺老校长的两个问题的答案越来越丰 满，使我攻读博士的历程不仅是一种学术经历更是一种人生境界的升华。 韩 焱 二零一四年七月于浙大求是园 万方数据 浙江大学博士学位论文 浙江大学博士学位论文 摘要 摘要 氧化石墨烯作为石墨烯的氧化衍生物不但保持有部分石墨烯的优越性能且 易于大规模制备，能够通过简单的抽滤或旋涂法组装成拥有丰富二维纳米孔遒网 络的宏观膜材料，在气体分离、液体分离等领域具有广阔的应用前景。现有关于 石墨烯分离膜的报道多集中于气体分离和微滤过程，而在纳滤领域仍未有研究涉 及。因此，本论文首先提出超薄石墨烯纳滤膜的概念，研究了超薄石墨烯纳滤膜 的制备及影响其纳滤性能的因素，同时系统研究了其传质以及截留机理。然后基 于所得出的理论，对石墨烯纳滤膜的结构进行了改性，进一步提高了纳滤综合性 能。为了进一步扩展石墨烯纳滤膜的应用范围，本文还探索了正电荷修饰的石墨 烯纳滤膜制备路径及其纳滤性能。最后，本文还对石墨烯纳滤膜的抗污性能和抗 污机理进行了系统研究，并针对性地进行改性并提高了其抗污性能。 (1)本文利用改进Hummers法制备出高质量单片分散氧化石墨烯，并利用 在碱性或中性条件下沸腾回流对其进行适度还原。利用这种适度还原石墨烯的高 度可溶性质，采用真空辅助成膜法制备出一系列选择分离层厚度仅为20-50nrll的 超薄石墨烯纳滤膜。对石墨烯纳滤膜微结构及性能的重要影响因素进行探索并发 现：还原石墨烯的还原程度、还原石墨烯的用量以及支撑膜的孔径和粗糙度是影 响石墨烯纳滤膜性能的主要因素。以中性条件下沸腾回流l小时的还原石墨烯 (rGO)为原料，沉积在平均孔径为50 11131的PVDF滤膜上，石墨烯用量为25．4 mg Ⅲ2的石墨烯纳滤膜(rGOm)具有非常优异的纳滤性能，其水通量为4．76 L面2 h．1 bar-1，对Na2S04的截留率可达95％以上(是目前报道最高值)，对甲基橙染料截 留率可达98％以上。对石墨烯纳滤膜的传质、截留机理进行了系统地研究，发现 水分子在石墨烯纳滤膜中表现为无摩擦的超快流动，该膜对带电物质的截留是尺 寸筛分效应和电荷排斥效应(Donrnn效应)共同作用的结果。 (2)为了进一步提高石墨烯纳滤