还原氧化石墨烯膜负载Co_(3)O_(4)活化过硫酸氢钾降解罗丹明B

以RGO(还原氧化石墨烯膜)为载体,采用水热法制备RGO/Co_(3)O_(4)高效复合催化剂。通过XRD(X射线衍射仪)、SEM(扫描电子显微镜)和XPS(X射线光电子能谱仪)等手段对复合催化剂的结构、形貌和化学组成等进行表征,并以RhB(罗丹明B)为降解物评价复合催化剂活化PMS(过硫酸氢钾)的反应活性。另外,考察了PMS质量浓度、RhB初始质量浓度、pH值及温度对催化剂活化PMS降解RhB的影响。结果表明:在PMS质量浓度为100 mg/L、RhB初始质量浓度为10 mg/L、pH值为7、温度为25℃时反应18 min对RhB降解率为98%。自由基捕获实验结合ESR(电子顺磁共振)结果表明体系中同时存在SO_(4)^(-·)和HO·2种活性自由基。循环实验结果显示催化剂经过5次循环使用后对RhB的降解率仍保持90%以上,显示优异的循环稳定性。

改性氧化石墨烯膜处理印染废水的能力与机理

在m[硫脲(TU)]∶m[氧化石墨烯(GO)]=1∶2、pH=9、反应温度80℃、反应时间60 min的条件下制备了TU改性GO纳米片(记为TU-GO),将TU-GO在聚醚砜(PES)微孔膜上沉积,制备出TU改性GO膜(记为TU-GOM)。当TU-GOM在PES上的负载量为238.73 mg/m^(2)时,其对甲基橙(MO)、罗丹明B(Rh B)、亚甲基蓝(MB)的截留率分别为94.01%、87.07%和99.67%。为优化TU-GO对Rh B的截留效果,使用TU和氯化胆碱(Ch Cl)组成低共熔溶剂(DES)制备了改性氧化石墨烯膜(DES-GOM)。在m(TU)∶m(Ch Cl)=1∶2、改性温度90℃、改性时间1 h的最佳条件下,制备的DES-GOM对MO、MB的截留率分别为93.95%、99.24%,对Rh B截留率提升至99.16%。采用SEM、EDS、FTIR、XRD及拉曼光谱对样品进行了表征,对TU交联GO过程的还原机理和增稳机理进行了分析。

基于CGMD的半椭圆形截面自支撑石墨烯膜镜面屈曲研究

扫描隧道显微镜观测表明自支撑石墨烯膜在偏压和隧穿电流作用下发生镜面屈曲,针对该现象目前尚未开展系统性的研究.为此,本文使用基于粗粒化分子动力学结合实验结果构建半椭圆形截面石墨烯膜模型,着重研究截面几何形状对结构镜面屈曲行为的影响.计算结果表明,半椭圆形截面石墨烯膜能够发生曲率正负变化的变形,但是没有出现镜面屈曲现象,同时发现大高跨比情况下石墨烯膜的变形对温度的影响不敏感.将文献采用的扇形截面石墨烯膜镜面屈曲行为的计算结果与本文计算结果对比可知,扇形截面石墨烯膜更容易出现镜面屈曲现象,产生这种情况的原因与初始结构有关,半椭圆形截面由于其端部曲率更小,原子排布与二维石墨烯更接近,在温度变化过程中达到能量平衡时碳原子位置变化更小,所以表现出更小的变形.本文的研究可为基于石墨烯膜波动效应的能量收集装置的开发提供理论支持.

单层多孔石墨烯膜结构对C_(2)烃气体分离性能影响的分子动力学研究

利用分子动力学模拟研究了孔径、孔形状、官能团修饰对纳米多孔石墨烯膜分离C_(2)烃气体的效率和选择性的影响。结果表明:孔径为0.444~0.484 nm的石墨烯膜对乙烷的截留性能较好,乙烯的通过率较高;圆形孔石墨烯膜具有较高的气体通过效率,扁平孔石墨烯膜具有较高的气体分离的选择性;孔短径为0.510 nm、孔长径为1.164 nm的石墨烯膜对乙烷的截留性能较好,其乙烯通量较大;孔径为0.596 nm且孔口周围带有两个羧基的石墨烯膜对乙烯的截留性能较好,乙炔的通过率较高。所得模拟结果为设计高效、高选择性分离C_(2)烃气体的单层多孔石墨烯膜提供理论依据。

聚酰亚胺薄膜制备高导热石墨烯膜影响因素研究

研究了使用聚酰亚胺薄膜作为前驱体,通过1 200℃真空碳化和2 800℃氩气保护石墨化制备出高导热系数的石墨烯膜,并研究了对苯二胺含量、薄膜拉伸比例、薄膜厚度和导热填料的加入对石墨烯薄膜导热系数和拉伸强度的影响。结果显示在不添加导热填料时,38μm的聚酰亚胺膜烧制的石墨烯膜导热系数为1 298 W·m^(-1)·K^(-1),拉伸强度为30 MPa;添加5%的粒径为1μm的氧化铝,石墨烯膜的导热系数可达1 278 W·m^(-1)·K^(-1),拉伸强度可达66 MPa。

基于石墨烯膜的光纤Fabry-Perot腔干涉特性分析

针对以新型材料石墨烯为膜片的光纤法珀压力传感器,应用圆薄膜大挠度弹性理论,利用有限元法分析了均布载荷下石墨烯膜的挠度形变;并基于Fabry-Perot干涉仪原理,建立了光纤Fabry-Perot腔压力传感的数学模型.根据石墨烯膜折射率特性,分析了层数、入射光角度等参数对石墨烯膜反射率的影响,获取了腔长损耗以及薄膜挠度形变导致腔长变化而引起的干涉光谱变化规律.仿真结果表明,增加薄膜层数可提高反射率、改善干涉性能;但随着载荷增加,其对挠度形变的影响表现为反向递减效应.8层石墨烯薄膜可获得0.715%的反射率,且当腔长为40μm时,直径25μm薄膜的理论压力灵敏度约为10 nm/k Pa.这为基于多层石墨烯的膜片式光纤压力传感器的设计提供了理论依据.

研究型物理化学实验:石墨烯膜/氢氧化镍复合材料的制备及性能研究

将科研成果和实验教学紧密结合,设计了一项新颖的研究型物理化学实验：石墨烯膜/氢氧化镍复合材料的制备及性能研究,让学生在教师引导下独立完成文献查阅、实验方案设计和电极材料性能表征等任务,构建下一代储能元件.该实验有助于巩固学生的理论知识,拓展其知识面,培养其科研态度和实验技能,提高其分析和解决问题的能力,符合研究型物理化学实验的要求.

石墨烯膜在水处理中的应用

节约用水和保护水资源,实现水资源的可持续利用,对人类和社会有着极其重要的意义。石墨烯以sp2杂化方式形成的单原子层二维晶体,具有独特的电学、机械、热学性质,同时还拥有大的比表面积以及低廉的制造成本,近年来引起了水处理领域研究者们的兴趣。本文概述了石墨烯膜应用于水处理方面的研究进展,同时对其在水处理应用方面还存在的问题及应用前景做了评论和展望。

界面自组装法制备高性能氧化石墨烯膜

为制备可靠、精确的分子筛氧化石墨烯(GO)膜,克服基于厚度调控的抽滤自组装GO膜分离性能提升和通量减小之间的矛盾关系,采用界面自组装法,制备了具有更加紧密层间结构的GO膜,并对其性能进行了表征。实验结果表明:与抽滤自组装法制备GO膜相比,界面自组装法可以实现更加紧密的层间结构;在化学环境相似的条件下,界面自组装膜的层间距可达0.75 nm,较抽滤自组装膜减小了0.10 nm左右;成膜机理和速率是GO膜层间结构的主要影响因素。将该膜用于金属离子水溶液的截留实验,结果表明:界面自组装GO膜对Mg^(2+)的截留率可达70%左右,是抽滤自组装膜的1.3倍。

基底材料对石墨烯膜F-P声压传感器灵敏度的影响分析

文中以多层石墨烯膜为敏感膜片,分别制备了基于PDMS、SU-8、氧化锆的石墨烯膜F-P声压传感器,应用薄膜与基底之间吸附理论,分析了石墨烯膜与基底间吸附能相对于基底材料的杨氏模量成正向变化的趋势,并实验测试了所制备的声压传感器灵敏度。实验结果表明,制备的PDMS和SU-8基底具有较大的表面粗糙度,其虽降低了与石墨烯膜的吸附能,但也造成悬浮石墨烯膜的周边固支边界条件变差,且较软的基底材料易导致F-P腔体变形,从而造成灵敏度整体上未能提升。

层层堆叠石墨烯膜的稳定性强化及层间距调控研究进展

层层堆叠的石墨烯分离膜,由于具有独特的物理化学性质和可调的二维层状结构等特性,能实现不同物质的分离,在脱盐、水处理、离子筛分、气体分离等领域倍受青睐.本文综述了近年来石墨烯膜在分离领域中研究新进展,简要概述了石墨烯膜的制备方法,重点介绍了基于还原法、分子/离子交联法等来提高石墨烯膜在水溶液中的稳定性以及对其层间距进行精确调控的研究现状,最后对石墨烯膜未来的发展方向进行展望,为可控构筑稳定高效分离的石墨烯分离膜提供参考.

高通量抗污染氧化石墨烯膜研究进展

水资源短缺与水污染是21世纪人类面临的共同挑战之一。膜技术具有低能耗和低成本等优点,是一种绿色高效的水处理技术。氧化石墨烯具有分子级的厚度和优异的化学稳定性,是一种优异的二维膜材料,在水处理膜领域具有重要应用前景。综述了氧化石墨烯膜在水处理领域的研究进展,针对膜技术面临的通量低和膜污染的挑战,以氧化石墨烯膜通道和表面构建中的介尺度问题为重点,探讨了不同尺度插层材料对氧化石墨烯膜通道结构与分离性能的影响,并分析了氧化石墨烯膜抗污染表面构建策略及对不同尺度污染物的抗污染机制。最后,对高通量抗污染氧化石墨烯膜研究进行了总结和展望。

电泳沉积法制备氧化石墨烯膜的微动电接触性能

目的研究氧化石墨烯膜在不同表面粗糙度条件下的微动电接触性能。方法采用金属铜为基底,使用不同粒度的砂纸进行处理,制备不同表面粗糙度的试样。通过电泳沉积法在不同粗糙度的铜表面制备氧化石墨烯膜。通过微动电接触试验装置,研究氧化石墨烯膜在不同表面粗糙度条件下的微动电接触性能。采用拉曼光谱仪分析氧化石墨烯膜的沉积情况。使用白光干涉仪、扫描电镜及能谱仪对磨痕形貌、磨损体积和成分进行分析。结合摩擦因数及接触电阻,分析氧化石墨烯膜在微动磨损下的电接触性能。结果表面粗糙度为1.51、1.27μm时,氧化石墨烯膜的D峰和G峰强度高于其他试样。在室温条件下,接触电阻最低可降至10 mΩ,且更加稳定。与未处理试样相比,摩擦因数减少的最大幅度为50%,从0.46减少至0.23(Ra=0.88μm);磨损体积减少的最大幅度为90%,从6.28×10^(5)μm^(3)减少至6.40×10^(4)μm^(3)(Ra=1.27μm)。在100℃时,接触电阻基本不超过200 mΩ,摩擦因数增加至0.51及以上,磨损体积增加至1.45×10^(5)μm^(3)及以上。表面粗糙度为1.51、1.27μm的试样磨损体积明显低于其他两个表面粗糙度的试样。在200℃时,接触电阻最终超过了400 mΩ,摩擦因数不低于0.49,磨损体积增加至4.05×10^(5)μm^(3)及以上。结论氧化石墨烯膜在表面粗糙度为1.51、1.27μm时的沉积效果较好。氧化石墨烯膜能显著降低接触电阻、摩擦因数和磨损体积。高温下,接触电阻和摩擦因数上升,磨损加剧。

多层氧化石墨烯膜的结构、性能及在水处理中的应用进展

工业废水对环境的污染和人体的危害日趋严重,该问题亟待处理。在众多污水处理方法中,膜分离因选择性强、分离性能高而受到广泛应用。膜分离主要利用尺寸筛分和静电排斥原理进行超滤、纳滤、反渗透和正渗透等,但传统的膜材料如偏聚氟乙烯、聚砜、聚酰胺等存在污染物截留率低、机械强度差、耐氯性差等缺点,使膜技术面临巨大的难题与挑战。近年来,石墨烯的研究热潮推动了高分子膜材料的高速发展,氧化石墨烯(GO)优越的性能使GO分离膜成为备受关注的研究热点之一,利用GO纳米片组装的多层结构在增强膜分离性能方面显示出巨大的潜力。与GO改性的常规分离膜不同,多层GO膜物理力学性能和化学稳定性更高,并可通过结构设计如层数、氧化程度、改性状况、层间距等来改善分离效果。多层膜的渗透性与分离层的层数有关,膜层数增加可以提高膜的抗穿透性和选择性;石墨烯的氧化程度决定了GO的层数、亲水性和电荷性质,还原程度的增加有利于膜渗透性的提升,氧化程度则有利于分离性能的提升;可以通过改变电荷性质对GO膜进行改性,从而增强GO与目标分子或离子的相互作用。GO纳米通道的结构则影响着水分子的形态和运输,利用分子动力学可模拟和预测多层GO膜的分离性能。本文简要介绍了多层GO膜的制备方法,探讨了结构控制与GO膜分离性能的关系,详细介绍了GO膜的层数、氧化程度、改性、层间距对分离性能的影响,并通过分子动力学对多层GO膜分离进行模拟分析;展望了其在水处理领域面临的机遇与挑战。

氧化石墨烯膜对染料和盐的去除特性

氧化石墨烯(GO)膜能通过吸附去除染料和盐,但其通量往往较低。本研究通过过滤制备多壁碳纳米管夹层,再在其上过滤制备GO层,形成三层的MCG膜,夹层的存在极大提高膜的渗水性和通量。随着GO用量的增加,MCG的截留率增大,但通量降低。最优的GO用量推荐为217 mg/m^(2),该膜通量约为180 L/(m^(2)·h),对亚甲基蓝的截留率大于95%,对硫酸钠的截留率低于20%,能起到较好的染料与盐的分离效果。MCG对不同带电性染料的去除率略有不同,说明GO层官能团的共价键吸附对染料去除发挥主要作用,静电排斥能在一定程度上促进染料截留。

硼酸盐交联的层层自组装氧化石墨烯膜的研究

以无机交联剂硼酸盐为交联剂,采用层层自主装法制备层状氧化石墨烯膜.采用FTIR和Raman分析氧化石墨烯(GO)和硼酸盐的交联反应机理,采用DMA测定硼酸盐的加入对膜强度的影响,并测试了GO膜的通量和对染料的截留效果.实验结果表明:硼酸盐与氧化石墨烯的羟基基团发生反应,缠结在GO表面.膜强度有所提升,为GO膜的1.36倍.该复合膜的纯水通量为21.60 L/(m2·h·bar).对于甲基橙、罗丹明B和亚甲基蓝的截留分别为72.13%、67.08%和71.86%.

二维相关红外光谱法探究DMSO在氧化石墨烯膜中扩散机理

借助二维相关红外光谱法可以从一系列红外光谱图中提取有效信息。利用时间依赖衰减全反射红外光谱的二维相关光谱,得到二甲基亚砜(DMSO)在氧化石墨烯膜中扩散时,分子存在形态和分子间相互作用的变化过程,更为深入了解了这种极性分子在氧化石墨烯膜中的扩散机理。结果表明,当DMSO扩散进入氧化石墨烯片层中的纳米通道后,首先它是以单体形式存在,而随着扩散进入纳米通道内的DMSO越来越多,DMSO逐渐开始出现二聚体形式。

氧化石墨烯膜的制备方法研究进展

氧化石墨烯(GO)作为一种新型二维材料,在能源、环境、石油化工、生物医药、光电材料、催化等领域有巨大的应用潜能。当氧化石墨烯膜用于分离时,有着与传统膜过程不同的分离机理。氧化石墨烯膜的层间距可以通过制备方法进行调节以实现离子、分子等物质的精确筛分。总结了由氧化石墨烯溶液制备氧化石墨烯膜的主要制备方法,如真空过滤法、旋涂法、浸涂法、静电自组装法等。

单层多孔石墨烯膜反渗透特性的分子动力学研究

采用经典分子动力学方法研究了多孔石墨烯膜的反渗透特性,揭示了盐溶液质量浓度、外部压强、孔面积和孔形状对多孔石墨烯膜反渗透特性的影响规律。结果表明:脱盐率随着盐溶液质量浓度的增加而增大;水通量随着外部压强与孔面积增加而增大,但同时脱盐率随着外部压强与孔面积增加而降低;孔形状越趋近于圆形,水分子透过多孔石墨烯膜的能障越小,说明水分子越容易通过多孔石墨烯膜。相同脱盐率情况下,该模型中的水通量结果比实验报道中聚酰胺复合反渗透膜的水通量高2个量级。因此,多孔石墨烯膜将有可能在海水淡化和功能渗透膜领域发挥重要作用,研究结果将为基于石墨烯材料的反渗透膜研发设计提供一定的理论参考。

疏水石墨烯膜的制备及其用于膜蒸馏脱盐的研究进展

膜蒸馏技术由于理论截盐率高、操作条件温和及对盐浓度灵敏度低等优势,在脱盐领域中展现出巨大潜力。近年来,人们开始关注石墨烯材料在膜蒸馏脱盐领域中的应用。本文首先概述膜蒸馏技术的基本原理及常用膜材料;接着介绍石墨烯的疏水性质和疏水石墨烯膜的制备;再详细综述石墨烯混合基质膜、石墨烯复合膜及石墨烯纯膜这三类疏水石墨烯膜在膜蒸馏脱盐中的应用;最后总结疏水石墨烯用于膜蒸馏脱盐面临的主要挑战及未来研究方向。