氧化石墨烯渗透膜的制备及其性能研究

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氧化石墨烯渗透膜的制备及其性能研究 前言 本论文通过对氧化石墨烯进行真空抽滤,制备出了氧化石墨烯超滤分离膜。研究了在 压力驱动下,不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液的分离性能。本论文的主要研 究内容如下: 第一章简单介绍了石墨烯,氧化石墨烯和氧化石墨烯分离膜的结构、特性、制备及其 表征方法。 第二章比较详细地介绍了氧化石墨烯及其超滤分离膜的制备方法,还介绍了本课题中 用到的对氧化石墨烯的表征方法。 第三章研究了不同厚度的氧化石墨烯分离膜对有机染料溶液,包括伊文思蓝溶液和罗 丹明 B 溶液的分离性能。 第四章介绍了对本研究课题的总结与展望。 -1- 氧化石墨烯渗透膜的制备及其性能研究 1.氧化石墨烯渗透膜概述 1.1 石墨烯 1.1.1 石墨烯的结构 2004 年,University of Manchester 的 Andre Geim 和 Konstantin Novoselov 第一次分离 出来石墨烯,其分离方式也十分简单,其把石墨薄片粘在胶带上面,把带有粘性一面的胶带 对折,然后把它揭开,如此石墨薄片就被胶带分开了。 不停地反复做这样一个过程,石墨薄 片就会越来越薄,最后就可以获得一定量的石墨烯。自此之后,科学界对石墨烯的研究开 始兴起,石墨烯也变成了众多学科研究的热点。 图 1-1 二维石墨烯片层演变成 C60、碳纳米管和石墨示意图[1] Fig.1-1 Chematic diagrams of 2D graphene sheets evolved into C60, carbon nanotubes and graphite [1] 如图 1-1 所示,石墨烯能够平行堆垛成 3D 的石墨,还能够卷曲成 1D 的纳米管,还能 转变成 0D 的富勒烯球体。 图 1-2 石墨烯的三维结构图 Fig.1-2 The three-dimensional structure of graphene -2- 氧化石墨烯渗透膜的制备及其性能研究 图 1-3 石墨烯的二维结构图 Fig1-3 The two-dimensional structure of graphene 理想石墨烯(如图 1-3)被认为是单层二维无限大的平面结构,看成是被剥离的一个 原子厚度石墨分子层。其中每个碳原子的杂化方式都是 sp2,并且都把 p 轨道上的一个剩 余电子拿出来共同结合成一个大 π 键,大 π 键的电子能够自由地移动,赋予石墨烯良好的 导电性[2] 。但在实际中,石墨烯的表层有很多十分微小的起伏和褶皱,是一种“准平面”结 构(如图 1-2)。理论和实验都证实了理想的二维结在非绝对零度下是没法稳定存在的, 可是单层石墨烯却被制备出了,正是因为石墨烯这种“准平面”结构的存在方式,才使其得 以维持自身的稳定性。 1.1.2 石墨烯的性能 结构决定性能,石墨烯有很多优异的性能,正是因为它具有良好的晶体结构。石墨 烯的储氢能力潜力巨大,因为它是真正的表面性固体,理想的单层石墨烯的比表面积是 2600m2/g[3];

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