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纳米碳—海藻酸钙复合水凝胶过滤膜制备及染料脱盐研究

刘亮  
【摘要】:以天然高分子海藻酸钠为原料制备的自支撑海藻酸钙水凝胶过滤膜(CaAlg)具有良好的染料截留性能,制备简单,且成膜条件温和。但CaAlg过滤膜存在力学性能差、在盐溶液中易溶胀等缺陷。为了改善纯CaAlg水凝胶过滤膜的这些缺点,本文以海藻酸钠为成膜基材,在铸膜液中添加羧化多壁碳纳米管和氧化石墨烯,使钙离子与无机纳米粒子和海藻酸钠的羧基交联,制备了 CaAlg基复合水凝胶过滤膜,并将其应用于染料的脱盐。研究工作主要分为以下两个方面:(1)以天然高分子海藻酸钠为成膜基材,采用CaC12溶液作为交联剂,不加致孔剂制备了羧基化多壁碳纳米管/海藻酸钙(CMWCNT/CaAlg)复合水凝胶过滤膜,并将其应用于染料脱盐研究。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)等方法对复合膜的化学结构、表面形貌、热稳定性能进行表征,研究了复合膜的力学稳定性、溶胀性能以及抗污染性,并考察染料浓度、温度、操作压力、pH值、染料类型、盐浓度对CMWCNT/CaAlg复合膜染料脱盐过程中染料截留性能的影响。结果表明,该复合膜具有良好的力学性能和抗污染性能。在CMWCNT含量为海藻酸钠质量的1%时,复合膜对考马斯亮蓝G250的截留率接近100%,而对NaCl几乎没有截留。但在处理温度较高时复合膜的稳定性较差,因此在随后的章节中讨论了用氧化石墨烯(GO)和海藻酸钠混合制备CaAlg基复合水凝胶过滤膜。(2)在以海藻酸钠为成膜基材的铸膜液中添加氧化石墨烯(GO),制备了氧化石墨烯/海藻酸钙(GO/CaAlg)复合水凝胶过滤膜。通过SEM、TEM、FTIR、TG等方法对复合膜进行表征,研究了复合膜的力学稳定性、溶胀性能以及抗污染性,并考察染料浓度、温度、操作压力、pH、染料类型、盐浓度对GO/CaAlg复合膜染料脱盐过程中染料截留性能的影响。结果表明,制备复合膜的最优组分配比为:GO/NaAlg:1~2%,NaAlg:2.5%.复合膜不仅表现出优良的抗污染性能、力学性能及染料截留性能,而且还表现出良好的热稳定性和染料脱盐性能。该复合膜在染料深度脱盐领域有较好的应用前景。


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