氧化石墨烯辅助的超分子骨架膜用于水包油型纳米乳液的高效分离

制备可以同时高效且高通量地处理纳米乳液的超浸润材料仍然具有挑战。为此,本文提出了一种通过在超分子骨架纳米片上修饰氧化石墨烯以增强亲水性的策略。通过将两种具有片状形态的材料连续抽滤于商业基质上,可制备得到氧化石墨烯辅助的超分子骨架复合膜,并用于分离具有纳米尺寸液滴的水包油乳液。骨架一方面通过均匀的纳米孔拦截乳液中分散的微小液滴,另一方面也通过带负电的表面提供静电相互作用来驱动破乳过程发生。具有良好亲水性的氧化石墨烯赋予膜材料改善的亲水能力和水合层。该复合膜具有纳米级的截留尺寸、带负电的表面和水下疏油性,并且还获得了高的水通量和耐油污染性。基于尺寸筛分和破乳效应,该复合膜可有效地去除分散在水包油乳液中由非离子、阴离子和阳离子表面活性剂稳定的纳米油滴。特别是对于离子型乳液,在分离后动态光散射未检测出残留液滴。滤液中总有机碳含量小于10 ppm,对应着大于99.9%的分离效率,优于许多国家和组织的标准。在各种乳液的分离过程中,复合膜表现出较高的分离渗透性,约为原始骨架膜的3.5倍。此外,具有防污效果的复合膜获得了较高的通量回收率,通过简单的水洗处理即可实现5次具有稳定分离性能的循环。该复合膜在重复使用过程中没有组分损失,在150℃内具有热稳定性,并能抵抗腐蚀性化学环境。在本工作中,我们试图将具有不同结构特性和表面特性的两种组分结合,通过简单的方法制备复合膜,并在功能协同作用下实现水包油型纳米乳液的高性能分离。

不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H_(2)O/HDO

核电站运行产生的放射性氚化水(HTO)的处理涉及到H_(2)O/HTO分离难题。实验室研究常把无放射性H_(2)O/HDO(氘化水)分离作为研究模型来代替H_(2)O/HTO分离。近年来,基于多层氧化石墨烯(graphene oxide,GO)膜的膜蒸馏分离工艺显示出较好的H_(2)O/HDO分离效果,但进一步提高分离性能仍需开发新型膜材料或结构。本工作采用不同横向尺寸单层GO制备聚四氟乙烯(PTFE)支撑的氧化石墨烯复合膜用于研究膜蒸馏分离H_(2)O/HDO:(1)选用两种不同横向尺寸的单层GO研究GO横向尺寸对膜的H_(2)O/HDO分离性能影响,基于横向尺寸较小GO膜的渗透通量和分离因子分别可达0.944 L/(m^(2)·h)和1.043,整体分离性能比基于横向尺寸较大GO膜高;(2)为结合不同横向尺寸单层GO的结构特点,把不同横向尺寸单层GO混合制备复合膜,当两种石墨烯质量比例为1∶1时,所得GO复合膜的渗透通量可达0.806 L/(m^(2)·h),比基于横向尺寸较大GO复合膜的渗透通量高,而两者分离因子相近;(3)对横向尺寸较大GO进行刻蚀处理,可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。结果表明:单层氧化石墨烯的横向尺寸可影响膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;基于横向尺寸较小单层氧化石墨烯或混合不同横向尺寸单层氧化石墨烯制备的膜具有较好的膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能;并且刻蚀处理横向尺寸较大GO也可提高膜蒸馏分离H_(2)O/HDO性能。因此,本工作可指导后续发展新型膜材料或膜结构以实现H_(2)O/HDO分离效果更好的膜蒸馏工艺,为含HTO的放射性废水处理问题提供解决方案。

氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物复合膜的制备及抗牛血清白蛋白性能

生物附着是水环境使用设施污损的主要原因,在材料表面形成有机物或微生物膜是生物附着的第一步,如能抑制初期有机物膜的形成则可有效抑制进一步的附着生长,从而减少生物污损对水环境设施的危害。有机物膜主要由蛋白质及多糖组成,将具有抑制多糖和蛋白质附着功能的材料应用于设施表面,可阻止污损发生。由此,本工作以GO/In_(2)O_(3)复合材料为填料、PAZFP树脂乳液为基体,制备了一种具有微/纳米表面结构和低表面能的新型有机/无机复合涂料——氧化石墨烯/氧化铟/两性离子丙烯酸氟化聚合物(GO/In_(2)O_(3)/PAZFP)复合膜,并对其抗蛋白性能进行了研究。研究结果表明,In_(2)O_(3)纳米颗粒为立方结构,粒度在20~60 nm之间,均匀地负载在GO上。GO具有较大的比表面积,为In_(2)O_(3)颗粒的加载提供了大量的活性位点,从而阻止了In_(2)O_(3)颗粒的团聚,降低了In_(2)O_(3)电子-空穴对重新复合的概率。通过填料和涂层对牛血清白蛋白(BSA)溶液吸附降解性能进行研究,结果表明,在暗环境中,复合薄膜对BSA蛋白具有一定的吸附作用;在自然光和紫外光下,复合膜具有较强的光催化降解蛋白性能。利用光催化和在PAZFP涂膜表面掺入含氟单体,复合膜表现出协同防污作用,具有较好的抗蛋白能力。

氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的性能研究

近年来,氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜凭借其稳定高效的光热性能,受到科学家的广泛关注。但目前研究者大多重点关注其光热响应行为及使用场景,并未系统研究外界刺激的强弱和复合膜自身的尺寸大小对其响应性能的影响。本文采用旋涂的方法在制备的具有固定取向的液晶薄膜上涂覆一层氧化石墨烯,制备了具有不同液晶分子取向的氧化石墨烯/液晶弹性复合膜,可以实现红外光和温度的双重刺激响应,并对其进行了响应性能和形变规律的表征和分析。实验结果表明,氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜是一种红外-热响应型的复合膜,该复合膜由于裁剪方向的不同,会呈现2种不同的形变规律,以此为基础,研究了不同强度外场刺激下复合膜的响应特性,以及复合膜自身尺寸的不同对复合膜响应特性产生的影响。发现1型复合膜的响应性能主要受宽度影响,2型复合膜的响应性能主要受长度影响,为氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的应用提供了基础。使用该复合膜制备了仿生光热驱动器,证明了其在生物仿生领域的潜力。

纳米粒子/氧化石墨烯改性复合膜制备及其分离性能研究

采用真空抽滤-压力喷涂的方法,以聚酰胺纳滤膜为基膜,制备了氧化石墨烯和二氧化钛纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOT1、GOT2、GOT3和GOT4以及氧化石墨烯和二氧化硅纳米粒子质量比为1∶1、2∶1、3∶1和4∶1的复合膜GOS1、GOS2、GOS3和GOS4。通过SEM、EDS、XPS和GIWAXS方法对GOT复合膜和GOS复合膜进行了分析表征,结果表明,氧化石墨烯和纳米粒子均匀负载在聚酰胺纳滤膜表面。研究了复合膜的性能,并推测了复合膜的净水机理。其中GOT复合膜在0.75 MPa下水通量可达50 L·m^(-2)·h^(-1),相较于原始基膜提高了25%,显示出了最佳的水通量性能,并且在保持较高通量的同时,对盐溶液和重金属离子的截留率仍能维持在90%左右。真空抽滤-压力喷涂的方法为氧化石墨烯复合膜的制备提供一种新的工艺思路,为废水处理提供了一种更高净化效率的复合膜。

石墨烯膜层对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的影响

通过实验研究石墨烯膜层对树脂基复合材料(Gf/Epoxy)力学性能和损伤模式的影响,实验对象为复材试板及其对比试板,复材试板经过2次固化,将石墨烯膜层嵌于试板内部;对比试板采用相同制造方法,不加膜层。实验结果表明,对比试板主要损伤模式是形成损伤区域、分层、断裂和萌生裂纹,含膜层试板易出现膜层侧和复材间的层间分层;石墨烯膜层能提高Gf/Epoxy复合材料的力学性能,含膜层试板较于对比试板短梁剪切强度提高约15%、拉伸强度提高约22%、三点弯曲强度提高约19%。

氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜的制备及其性能研究

以废弃柚子皮瓤和氧化石墨烯(GO)为碳源,氨水为掺杂剂,采用水热与真空抽滤相结合的方法,制备氮掺杂石墨烯(N-G)、氮掺杂水热碳膜(N-HC)和氮掺杂水热碳/石墨烯复合膜[N-HC/G-X,X=1、2、4、5,X代表柚子皮瓤(g)与GO(mg)的质量比],利用扫描电镜、X射线衍射、拉曼光谱和红外光谱表征碳材料的物理化学性质,并进行了吸附Zn(Ⅱ)和截留Cr(Ⅵ)的实验。结果表明:N-G、N-HC和N-HC/G-X均为典型片层结构,N-HC是获得薄膜的必要成分,N-HC/G-1和N-HC/G-2的成膜效果优于N-HC/G-4和N-HC/G-5,N-HC/G-1的膜厚度大约为65μm, C、N和O的质量分数分别为65.63%、15.06%和19.31%。N-G、N-HC和N-HC/G-X都是无定形碳材料,N-HC的d002片层间距最大,随着N-HC/G-X中N-G质量的逐渐增多,N-HC/G-X的片层间距逐渐减小,表面缺陷和混乱程度有所增大,且N-HC/G-X表面存在大量的含氧和含氮官能团,可以提供更多活性吸附位点,有利于提升对重金属的吸附效果。N-HC/G-1和N-HC/G-2对Zn(Ⅱ)的吸附效果优于N-HC,N-HC/G-2对Zn(Ⅱ)的吸附率可达79.13%,而N-HC/G-4和N-HC/G-5对Zn(Ⅱ)的吸附效果较N-HC差。N-HC和N-HC/G-X对Cr(Ⅵ)的截留率随复合材料中N-G质量的增多而逐渐增大,水通量则逐渐减小,N-HC/G-5对Cr(Ⅵ)的截留率高达86.45%,水通量为18.20L/(m^(2)·h)。

基于Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜修饰玻碳电极的一氧化氮生物医学传感

通过简单可控的滴涂成膜法和电聚合法,将Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜固定于玻碳电极表面,构建了一种新型NO生物医学传感界面。电化学表征表明,纳米复合膜对于NO的电化学氧化具有良好的催化效应。借助于电子扫描显微镜技术和电化学交流阻抗技术对纳米复合膜的电催化机理进行了探讨,并对传感器的性能进行了考察。结果表明,该传感器具有较宽的线性范围(1.0×10^(-7)~5.1×10^(-4) mol/L),检出限低至1.8×10^(-8) mol/L。方法具有重现性好、稳定性好、灵敏度高以及抗干扰能力强等优点。将该传感器应用于小鼠母瘤神经细胞释放NO的监测,取得了令人满意的结果。

石墨烯／苯丙乳液复合导电膜的制备

以新型碳材料石墨烯为导电填料,水性苯丙乳液为基体,通过简单共混的方式制备出一种全新复合型导电膜。对自制的原材料和复合导电膜进行了形态结构的表征,并对复合导电膜的导电性能和机理进行了初步探讨。实验结果表明:石墨烯质量分数为5%时,能够均匀分散,复合导电膜的表面电阻率达到0.29Ω.cm;增加石墨烯用量,会产生团聚,表面电阻率略有升高;复合导电膜中添加少量纳米银颗粒,导电性提高2个数量级。

石墨烯/聚乳酸复合膜的制备及其性能研究

通过改性Hummers法制备了石墨烯,然后通过物理共混与超声相结合的方法制备了石墨烯含量不同的石墨烯/聚乳酸复合膜,并研究复合膜的电阻、力学性能、热稳定性和气体阻隔性能。其中纯的聚乳酸膜的电阻数量级为1016,而添加0.5%的石墨烯之后,其电阻值数量级可达104,提高了12个数量级;当添加量为1%时,其拉伸强度也从15 MPa增加到20 MPa,透气量也从1650cm^3/(m^2·24h·0.1 MPa)降低到300cm^3/(m^2·24h·0.1MPa);添加量为5%时,热阻值从13.4cm^2·K/W降低到7.2cm^2·K/W。

导电粒子掺杂纳米纤维复合膜的电磁特性及吸波预测

选用氧化锌、石墨烯和铜粉等导电粒子作为电磁介质,采用“静电纺丝+喷雾法”制备导电粒子掺杂聚乳酸纳米纤维复合膜,对复合膜的结构和电磁特性进行表征,并研究导电粒子种类及其含量、膜材厚度对复合膜电磁参数的影响,进而预测膜的吸波性能。结果表明,导电粒子掺杂复合膜的电磁参数特征与导电粒子含量有关,导电粒子质量分数增加,膜材的介电常数实部和虚部明显表现出增大的趋势,石墨烯掺杂复合膜具有较大的介电参数,介电损耗远大于磁损耗,石墨烯质量分数为25%的复合膜在膜材厚度为10.0 mm时的反射损耗为-27.51 dB。掺杂膜材厚度增加,同质量分数下反射损耗的峰值逐渐从高频向低频移动,复合膜倾向于选择吸收波长更长、频率更低的电磁波;导电粒子含量增加,最小反射损耗值逐渐减小,较多的导电粒子能够形成较完整的导电网络,极化能力和介电损耗增强,电磁损耗增加。反射损耗值和吸收带宽与导电粒子含量和膜材厚度有关,可通过调节导电粒子含量和膜材的厚度来调控膜材料的电磁吸收性能。

氧化石墨烯增强卡拉胶复合膜的制备与性能

在Hummers法基础上制得了氧化石墨烯(GO),采用流延法制备了氧化石墨烯/κ-卡拉胶(GO/κ-Car)复合膜材料.结合红外光谱、扫描电子显微镜及热重分析对其结构进行表征.探讨了不同条件所得膜的成膜性、溶解性、透气性和力学性能,得到性质稳定GO/κ-Car复合膜的制备条件为15.0 g 3%的κ-Car溶液、0.040 g GO粉末及5.0 g 8%的PVA溶液于75℃搅拌混合5 h后,流延铺平,于30℃烘干6.5 h.GO质量分数为5%的GO/κ-Car复合膜的最大负荷、拉伸强度及杨氏模量分别是对照组κ-Car膜的1.5倍、1.5倍和1.6倍.同时,GO/κ-Car复合膜具有较强的透气性能,且保留了κ-Car清除羟基自由基的生物性能.

羧基功能化石墨烯及其壳聚糖复合膜的制备与性能

采用Hummers法制备氧化石墨,化学分散法制备羧基功能化石墨烯。采用FT-IR、XRD对产物进行表征;用静电自组装法将其与壳聚糖(CS)复合制备复合膜,对复合膜的荧光性能及其修饰玻碳电极对葡萄糖的电催化氧化还原性能进行了研究。结果表明:制备的功能化石墨烯含有羧基;壳聚糖-石墨烯复合膜具有光致发光性能;复合膜修饰玻碳电极对葡萄糖具有良好的电催化氧化还原性能。

氧化石墨烯/金属有机框架材料复合膜在有机废水处理中的研究进展

石墨烯因力学特性、电子效应、光学特性、热性能以及其他化学性质而受到人们的广泛关注,其氧化产物——氧化石墨烯兼具以上优良性能,还含有丰富的羟基、羧基等含氧基团。氧化石墨烯是一种二维材料,具有独特的原子厚度和微米横向尺寸、优异的机械强度、较大的表面积和较强的亲水性,在水处理方面具有广阔的应用前景。近年来,关于氧化石墨烯复合膜的制备方法与应用研究取得了较大进展,但是针对有机废水的处理,复合膜的不稳定性阻碍了其发展。氧化石墨烯膜对有机物有较好的去除效果,但通量较低、稳定性差、抗污性较差的缺点越来越突出。氧化石墨烯的层间距限制了其在水处理中的应用。因此,除研究影响氧化石墨烯膜处理效果的因素外,研究者们还将具有多孔结构的金属有机框架材料与氧化石墨烯结合制备复合膜,并取得了一定的成果。目前,氧化石墨烯/金属有机框架材料复合膜对有机染料亚甲基蓝和刚果红等的去除率可达99%,较氧化石墨烯纯膜的去除率提高约55%。在复合膜处理有机废水的研究中,氧化石墨烯/铜基(HKUST-1)复合膜、氧化石墨烯/锆基(UiO-66)复合膜、氧化石墨烯/锌基(ZIF-8)复合膜等已取得较好的研究成果。其中铜基金属有机框架材料与氧化石墨烯制备的复合膜应用较多,已被广泛用于有机废水、含油废水的处理以及气体分离领域。金属有机框架材料的加入,可有效增大氧化石墨烯的层间距,提高复合膜的亲水性,为水分子通过复合膜提供了有效的通道和推动力,从而提升复合膜的通量和去污性能。本文介绍了国内外氧化石墨烯/金属有机框架材料复合膜的研究与应用,重点论述其在难降解有机物、有机染料废水处理中的研究进展,并对复合膜去除有机物的机理进行探讨。此外,对氧化石墨烯/金属有机框架材料复合膜的发展前景进行展望,在涵盖两种优良吸附剂特性的基础上,随着研究的不断深入,高通量、高去除率、高抗污性能的复合膜将会在更多领域得到应用。

胺基化氧化石墨烯复合纳滤膜对染料的截留性能研究

采用N,N-二甲基乙二胺对Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)进行荷正电改性,得到胺基化氧化石墨烯(AGO);然后以聚砜超滤膜为基膜,采用压力驱动自组装法分别制备GO和AGO复合纳滤膜,选择阳离子染料亚甲基蓝和阴离子染料甲基橙作为模型染料,考察改性前后GO纳滤膜的纯水渗透通量及其对不同荷电性染料的脱除效果。结果表明,改性后AGO纳滤膜的纯水渗透通量明显高于GO纳滤膜,且相同压力、相同浓度下AGO纳滤膜对亚甲基蓝的脱除率明显高于GO纳滤膜,而对甲基橙的脱除效果与之截然相反,证明N,N-二甲基乙二胺对增强GO表面荷正电性改性成功。

纳米铜/石墨烯-壳聚糖复合膜修饰电极及其对葡萄糖的直接测定

以石墨烯-壳聚糖复合膜修饰玻碳电极,并在此复合膜上电沉积纳米铜,用于葡萄糖的无酶检测。以扫描电镜、傅立叶红外光谱及电化学交流阻抗谱对该复合膜微观形态进行表征,以循环伏安法、计时电流法对该电极的电化学行为进行研究。实验结果表明,在0.1 mol/L Na OH溶液中修饰电极对葡萄糖具有良好的催化氧化作用,该电极对葡萄糖的检测线性范围为5.6×10-5~1.2×10-3mol/L,检出限(S/N=3)为2.3×10-5mol/L。该修饰电极对样品的检测具有良好的稳定性、重现性。

羧甲基半纤维素/壳聚糖/氧化石墨烯复合膜的制备及性能研究

以毛竹半纤维素为原料,对其进行羧甲基化改性制备羧甲基半纤维素(CMH);再将CMH与壳聚糖(CS)、氧化石墨烯(GO)共混制备具有良好力学及阻氧性能的半纤维素/壳聚糖/氧化石墨烯复合膜;采用FT-IR、XRD、SEM、TGA、力学强度和阻氧测试对复合膜材料进行分析,并探讨了不同GO添加量对复合膜结构及性能的影响。结果表明:CMH、CS、GO之间主要通过离子键和氢键作用,GO在CMH/CS基质中分散均匀,使得膜表面平整致密,断面具有层状结构。GO在整个复合体系中起增强作用,GO的添加使复合膜的力学性能和热稳定性明显提高,同时还改善了复合膜的氧气阻隔能力。当GO添加量为0.5%时,复合膜力学性能最佳,拉伸应力为73.63MPa、应变为20.24%、杨氏模量为2.28 GPa,断裂能为1 293.24 N/m;同时,其阻氧性能也最佳,气体透过系数为3.793 cm^3·cm/(m^2·s·Pa);此时膜材料的初始分解温度为242.4℃,最大热失重速率温度为274.5℃。

氧化石墨烯/聚偏二氟乙烯复合纤维过滤膜的制备及其过滤性能

为得到高过滤效率、低过滤阻力的空气过滤材料,将氧化石墨烯掺入以聚偏二氟乙烯(PVDF)为基体,N,N-二甲基甲酰胺与丙酮为混合溶剂的纺丝液中,利用静电纺丝技术制备高性能氧化石墨烯/PVDF复合纤维过滤膜。研究不同聚偏二氟乙烯质量分数、氧化石墨烯质量分数、静电纺丝电压、接收距离等参数对复合纳米纤维过滤膜外观形态、过滤效率、过滤阻力的影响。结果表明:聚偏二氟乙烯质量分数为16%,氧化石墨烯质量分数为1. 0%,静电纺丝电压为29. 0 k V,接收距离为16 cm时,制备的复合纤维过滤膜形貌较好,纤维连续且均匀,过滤效率为99. 99%,过滤阻力为11. 53 Pa/μm,具有良好的过滤性能。

基于WO_3-纳米棒复合石墨烯薄膜修饰玻碳电极的DNA传感平台

以棒状WO_3纳米粒子(rWO_3)、石墨烯(GR)和壳聚糖(CTS)形成的纳米复合材料修饰玻碳电极(GCE)为平台,制备了一种新型电化学DNA生物传感器。电化学实验表明,复合膜层中棒状WO_3纳米粒子和GR的协同效应增大了电极表面积,导致其电化学响应信号明显增强。通过CTS-rWO_3-GR杂化膜层丰富的氨基官能团和引入双功能手臂分子对苯二甲醛(TPA),将探针ss DNA稳固组装于传感界面。该DNA生物传感器集合了复合膜材料的许多优点,如:CTS良好的生物相容性和成膜能力,r WO_3纳米粒子和GR优异的电子转移能力等。在最佳条件下,以亚甲基蓝(MB)为电化学信号分子,采用差分脉冲伏安法(DPV)检测特异性ss DNA序列的浓度范围为1. 0×10-14～1. 0×10-8mol/L,并获得较低的检测限值2. 7×10-15mol/L(3σ)。该生物传感器对单碱基和三碱基错配的ss DNA序列也表现出良好的稳定性和识别能力。

氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜的制备及其分离水中Pb^(2+)的效果

以改进Hummers法制备的氧化石墨烯(GO)和氧化改性碳纳米管(CNT)为原料,按照不同质量比混合后,通过超声分散→离心→真空抽滤制备了氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜,分析了复合膜的结构、组成和形貌,并测试了该复合膜分离水中Pb^(2+)的效果。结果表明:该复合膜的结构呈片层状,改性CNT进入GO的层间使其层间距增大,且增加了膜层缺陷;当GO和改性CNT的质量比由1…2增至1…0时,复合膜的Pb^(2+)截留率由85%快速增至99%以上,水通量则由550×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1)降至35×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1);GO和改性CNT质量比为1…1时制备的复合膜性能较佳,Pb^(2+)截留率达到99%以上,水通量达到518×10^(-5) L·m^(-2)·h^(-1)·Pa^(-1)。