GO-CA混合基质反渗透膜的制备与性能研究

【摘要】醋酸纤维素(CA)反渗透膜原料来源广泛、价格低廉、无毒、耐氯、抗污染性能强,因而在市政水处理、工业给水、中东地区的海水淡化等需连续加氯的水处理过程中得到了广泛应用。但CA膜机械性能差、不耐压、易被微生物侵蚀的缺点也限制了它的应用范围。石墨烯是继碳纳米管后被认为最有应用前景的纳米材料,它是已知材料中强度和硬度最高的晶体材料,并且具有很强的抑菌性能。因此,本文以氧化石墨烯(GO)作为添加物,制备纳米混合基质CA膜,以期利用GO上述的独特性能提高CA膜的机械性能、抗压性和耐生物侵蚀性。本文首先考察了氧化石墨烯在不同有机溶剂中的分散性,对比不同有机溶剂的溶解度参数,选择四氢呋喃替代丙酮作为CA反渗透膜铸膜液的有机溶剂。结果表明氧化石墨烯能够较好的分散在以四氢呋喃为溶剂的铸膜液中,铸膜液颜色均一稳定。通过浸没沉淀相转化法制备了含GO的CA反渗透膜,含Q.05wt%GO的CA混合基质膜,在3.0MPa下,对2000ppm的NaCl水溶液截留率达92.7%,通量为10.02L/m2·h。其次,考查了GO的含量对混合基质膜结构、亲水性和晶型的影响。膜表面的SEM图显示,添加小于2wt%GO没有改变膜的致密结构。断面SEM图显示,随着GO含量的增加,混合基质膜中会产生更多的孔穴。膜的接触角分析显示,GO的添加能够增加膜表面的亲水性,预示膜的抗污染性能进一步提高。XRD显示,添加GO不会改变混合基质膜的晶型。优化了以四氢呋喃为溶剂的制膜条件。具体优化的制膜条件为：铸膜液中添加剂甲酰胺的含量为25%；在24℃,湿度70%条件下,挥发时间为30秒；以冰水作为凝结浴,冷凝时间为2h；热处理温度82℃。考察了二维氧化石墨烯纳米颗粒的添加对混合基质膜机械性能和抗压性的影响。结果表明,随着氧化石墨烯纳米颗粒含量的增加,混合基质膜的机械性能随之增加,抗压性也不断增强。添加0.05wt%和2wt%GO时,混合基质膜的抗张强度比纯醋酸纤维素膜分别提高了20.3%和43.8%。混合基质膜的抗压性也随GO含量的增加而增加,当加入2wt%GO,加减压后,膜的水通量基本保持不变。随后,进一步考察了在二维氧化石墨烯的基础上再加入一维碳纳米管对混合基质膜的机械性能和抗压性的影响。结果表明,混合基质膜的机械性能和抗压性进一步提高。当膜中加入0.2wt%GO和0.2wt%MWNT时,混合基质膜机械性能较原CA膜保持提高了52.3%,加减压后,膜的水通量基本保持不变。最后,采用不同评价方法对氧化石墨烯混合基质膜的抑菌性能进行了研究。分别用抑菌圈法,非溶出性抑菌法,DAPI荧光染色法,空气传播法,和泥水中长时间耐菌性测试法五种方法考察了氧化石墨烯纳米颗粒对混合基质膜抑菌性能的影响。结果表明,浓度为100μg/mL游离的氧化石墨烯与106cfu/mL的大肠杆菌300r/min振荡2h后,超过95%细菌死亡。但氧化石墨烯一旦包埋到混合基质膜中后,五种方法的结果表明,混合基质膜并不能比原CA膜显示出较优的抑菌性能。说明简单的通过共混,无法增加混合基质膜的抑菌性能。
【作者】朱浙来；
【导师】张林；
【作者基本信息】浙江大学，生物化工，2014，硕士
【关键词】氧化石墨烯；醋酸纤维素；反渗透膜；机械性能；抗压性；抑菌性；

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