石墨烯基氣體分離膜的研究.pdf

1、膜分離技術(shù)是一種新型的氣體分離技術(shù)，具有低能耗、投資少、設備簡單等優(yōu)點。氣體膜分離技術(shù)的發(fā)展面臨著膜機械強度差、滲透通量低、選擇性低等挑戰(zhàn)，而克服這些挑戰(zhàn)的一個方法是開發(fā)高透氣性、高選擇性、耐高溫、抗化學腐蝕性的新型膜材料。石墨烯基材料是一種新型納米碳材料，由于其獨特的二維平面結(jié)構(gòu)，僅一個原子層的厚度，具有良好的柔韌性、優(yōu)異的機械性能和化學穩(wěn)定性，被認為是一種理想的膜材料。石墨烯組裝膜是由石墨烯材料納米片基元構(gòu)成，在氣體分離領域具有良好

2、應用前景。
　　本文以不同粒度的天然石墨為原料，采用改進的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)，利用FT-IR、XRD、UV-Vis、TEM和AFM等手段對GO的結(jié)構(gòu)及表面性能進行表征，并以此為前體制備石墨烯組裝膜。首先，采用真空過濾法，以微孔濾膜為支撐體制備GO復合膜，考察了制備工藝及不同微孔濾膜對GO復合膜的形貌及氣體分離性能的影響。其次，以石墨烯為主體，聚酰胺酸（PAA）為添加組分，采用溶劑蒸發(fā)自組裝法制備PAA/GO雜化

3、膜，經(jīng)炭化得到柔性的石墨烯炭膜。考察了原料及制備工藝對石墨烯炭膜氣體分離性能的影響，并借助于XRD、SEM對其微觀結(jié)構(gòu)進行表征。得到如下結(jié)果:
　　1、采用改進的Hummers法制備的GO均為單分子層厚度;原料粒度對GO片層尺寸有很大的影響，GO片層尺寸隨原料粒徑的減小而減小。
　　2、采用真空抽濾法在微孔濾膜上可以制備得到表面均一的GO復合膜。隨GO用量減少，GO復合膜的CO2滲透量增大，但GO層表面會出現(xiàn)針眼;改變抽濾真

4、空度或靜置沉降時間可以改善避免針眼的出現(xiàn)。微孔濾膜的種類對GO復合膜的CO2滲透量影響較大，滲透量隨濾膜孔徑減小而減小;所制備的GO復合膜對氣體的滲透機制為努森擴散機理。
　　3、采用溶劑蒸發(fā)法制備石墨烯炭膜具有良好的柔韌性，且易大面積成膜;石墨烯炭膜中石墨烯層與碳分子篩(CMS)形成類珍珠層狀結(jié)構(gòu)，并表現(xiàn)出優(yōu)異的CO2/CH4分離性能，CO2通量最高可達1493 Barrer，CO2/CH4選擇性為34.45。PAA摻雜量的增加