摘要: 膜分离技术由于其简便高效、易于规模化、无二次污染、不涉及相变和化学添加等优势，被认为是一种很有前途的废水处理方法。然而，传统的聚合物膜由于渗透性和选择性之间的权衡效应、自身易受污染等限制，往往需要对其进行结构调控和性能优化，以提高... 展开 膜分离技术由于其简便高效、易于规模化、无二次污染、不涉及相变和化学添加等优势，被认为是一种很有前途的废水处理方法。然而，传统的聚合物膜由于渗透性和选择性之间的权衡效应、自身易受污染等限制，往往需要对其进行结构调控和性能优化，以提高膜分离性能和抗污染能力。目前，引入纳米材料所制备的纳米复合膜可极大程度地增强膜的渗透性和降低膜污染趋势。氧化石墨烯(GO)由于其原子厚度、高机械强度和化学惰性，已被证实是开发尺寸选择性分子分离膜的良好平台。在膜应用中，GO基膜必须通过化学或物理方法进行纳米通道功能化以改善其分离性能。与此同时，膜污染问题也亟待解决。 本文以不同结构的功能性纳米材料对GO基膜的纳米通道进行调控或改性，重点研究了 GO基膜的渗透性、染料废水的分离性能及其抗污染能力或光催化自清洁能力。本论文的主要研究内容如下: (1)以石墨为材料，通过改性Hummers方法成功合成了 GO。采用多孔UiO-66为纳米填料，充分利用其本身的物理结构、吸附能力以及水稳定性等特点，来调控GO基膜的层流结构和改变膜内部孔隙分布。在贻贝仿生聚多巴胺(PDA)的交联作用和化学还原下，合成得到了 PDA/RGO/UiO-66复合材料。通过简便·的真空过滤自组装方法，在醋酸纤维素(CA)基底膜上制备了 PDA/RGO/UiO-66复合膜。利用一系列技术手段对复合材料进行表征分析，并以染料废水来评价复合膜的分离性能。结果表明，UiO-66的引入一方面有效抑制了 GO纳米片的堆积，扩大了层间间距，提高了水渗透性;另一方面，UiO-66的多孔特性改善了复合膜的内部孔隙结构，增强了对染料的吸附能力。所制备的PDA/RGO/UiO-66复合膜具有高达167.14L·m-2·h-1的纯水通量，对染料的去除率也能达到99.54％(MB)和87.36％(CR)。分析表明，染料分离的机理主要是复合膜内的Donnan效应、官能团和多孔材料的吸附以及纳米通道尺寸筛分的共同作用。循环实验表明，该复合膜经过三次污染-清洗循环后，通量恢复率(FRR)可达90％以上。 (2)将膜分离与光催化集合于一体，既能缓解膜污染，又避免了光催化剂不易回收的问题。在前述研究基础上，采用1Dg-C3N4纳米管作为GO基膜的纳米间隔物和光催化组分，并利用PDA可作为电子传递介体的特点，合成得到了PDA/RGO/TCN复合膜材料。通过真空辅助抽滤的方法，制备了负载在CA基底上的 PDA/RGO/TCN 光催化复合膜。借助 XRD、FT-IR、SEM、TEM、AFM、XPS、UV-Vis DRS、PL等表征手段，对复合材料及膜的晶体结构、微观形貌特征、表面化学组成及光学性能进行分析。结果表明，纳米管TCN在GO层状结构中的插层扩大了纳米片之间的层间距，改善了 2D纳米传输通道尺寸，有利于增强渗透性。PDA/RGO/TCN复合膜的纯水通量可高达98.72 L·m-2·h-1,比PDA/RGO膜增加了 116.87％。此外，由于PDA和RGO的电子传导性，PDA/RGO/TCN复合材料表现出更强的光吸收能力和更快的光生载流子分离转移效率，从而导致复合膜在光催化降解染料时具有更高的活性。PDA/RGO/TCN复合膜在可见光下的染料分离性能始终优于无光条件下，在50 min内的连续过滤下仍能保持染料截留率基本不变。该光催化膜经过5次循环使用后，可见光下的通量衰减程度低于黑暗条件下，且对染料MB的截留率仍在96.5％以上。 本文采用不同结构的功能性纳米材料来调控GO基膜的传输通道，以改善其分离性能和缓解膜污染，同时探究了 GO复合膜的分离机理和光催化自清洁机理，为制备性能优异的GO基分离膜提供参考。 收起