石墨烯及氧化石墨烯功能分离膜的研究进展和应用

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1、华东理工大学2015—2016学年第一学期《功能性材料科学》课程论文2016.04班级M152学号Y30150197姓名孙祈安开课学院化学与分子工程学院任课教师陈峰成绩________论文题目：石墨烯及氧化石墨烯功能分离膜的研究进展和应用论文要求：（1）某种功能性材料的研究进展及应用；（2）要求是2015年以后的最新成果。教师评语：教师签字：年月日石墨烯及氧化石墨烯功能分离膜的研究进展和应用摘要：石墨烯及氧化石墨烯由于其独有的性质在分离膜领域引起广泛关注。本文综合分析了石墨烯及氧化石墨烯在分离膜改性

2、方面的几种典型应用，即共混膜、多孔石墨烯膜和层状排列氧化石墨烯膜，并结合其制备方法、效能和作用机理进行阐述。结果表明，层薄和机械性能强的完美结合使石墨烯可以通过打孔形成分离性能较好的多孔石墨烯膜，但是制备大片石墨烯的难度和不成熟的打孔技术限制了其进一步发展；而层状排列的氧化石墨烯膜可充分发挥氧化石墨烯材料的特性，以层间间距作为主要运输通道有利于充分发挥氧化石墨烯高输运速率的优点和高选择性的特性，为开创下一代高通量、高选择性、强抗污染性的高性能分离膜提供了重要思路。关键词石墨烯氧化石墨烯分离膜膜性能层

3、状排列氧化石墨烯膜。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发展石墨烯功能分离膜，使其具有高效过滤与分离液相中不同分子和离子的能力对于一系列环境工程应用极其重要。功能分离膜的设计原理包括空间位阻效应、静电相互作用和化学相互作用。由氧化石墨烯(grapheneoxide，GO)微片堆叠而成的层状薄膜可将以上三种

8、分离原理集于一身，在功能分离膜的制备与应用领域极具优势。例如，GO表面电离含氧官能团与离子产生静电相互作用，实现不同价态离子的选择性过滤和分离。然而，根据离散电荷系统库伦定律，如果不考虑纳米毛细管的尺寸效应、化学相互作用、离子水合壳层的静电屏蔽及反离子静电阻力，GO膜对一价、二价和三价离子的渗透选择度之比为6:3:2。这一比例过小，无法实现对不同价态离子的有效分离。清华大学朱宏伟教授课题组与日本材料科学研究所的马仁志博士合作，设计了一种由带负电的GO和带正电的氢氧化物