氧化石墨烯二維膜材料設(shè)計(jì)、制備及應(yīng)用研究.pdf

1、氧化石墨烯膜具有柔性高、結(jié)構(gòu)致密以及分離效果優(yōu)異等特點(diǎn)，在二維材料構(gòu)建、傳感器、能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。近年來(lái)，氧化石墨烯膜在水處理、氣體分離等研究領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，但其較低的機(jī)械性能是廣大研究者所面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。提高氧化石墨烯膜機(jī)械性能的主要策略是通過(guò)外加作用力來(lái)提高相鄰氧化石墨烯片的相互作用，主要包括范德華力、氫鍵、靜電作用力及共價(jià)作用。其中共價(jià)交聯(lián)被認(rèn)為是層間最有效的交聯(lián)方式，因此具有重要的研究?jī)r(jià)值。另

2、外氧化石墨烯膜局限的流體通道限制了其在油水分離領(lǐng)域的應(yīng)用，所以膜的結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)調(diào)控成為亟待解決的問(wèn)題。本論文針對(duì)以上問(wèn)題的解決策略展開(kāi)了相關(guān)研究:采用聚醚胺D400作為交聯(lián)劑，通過(guò)共價(jià)交聯(lián)制備機(jī)械性能優(yōu)良的膜材料;以濾紙作為氧化石墨烯負(fù)載基體模板，甲基三氯硅烷(MTS)為表面改性劑，制備了具有微米孔道表面超疏水的氧化石墨烯復(fù)合膜，拓展了其在油水分離領(lǐng)域應(yīng)用。具體研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　1.采用共價(jià)交聯(lián)策略制備機(jī)械性能良好的氧化

3、石墨烯復(fù)合膜。將真空誘導(dǎo)輔助組裝與低溫共價(jià)交聯(lián)反應(yīng)相結(jié)合，成功制備氧化石墨烯膜材料。即在氧化石墨烯的體系中引入聚醚胺D400，D400分子兩端的氨基與氧化石墨烯片的環(huán)氧基發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，從而使相鄰的氧化石墨烯片發(fā)生共價(jià)交聯(lián)作用，這種共價(jià)交聯(lián)能夠明顯提高膜的機(jī)械性能。分析發(fā)現(xiàn)交聯(lián)作用增強(qiáng)與層間距增大強(qiáng)度削弱相競(jìng)爭(zhēng)，因此，膜的極限強(qiáng)度隨著D400含量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，其中極限強(qiáng)度的最大值比純氧化石墨烯膜高出2.73倍，展現(xiàn)了共價(jià)交

4、聯(lián)在提高膜的機(jī)械性能方面的強(qiáng)大能力。
　　2.以濾紙為基體模板，通過(guò)氧化石墨烯與甲基三氯硅烷兩步浸漬法制備了超疏水的FP@GO@MTS復(fù)合膜，濾紙基體不僅為流體提供了微米級(jí)別的通道，而且在宏觀上改變了氧化石墨烯片的堆疊方式;氧化石墨烯作為膜的基本構(gòu)建模塊，不僅提高了材料的表面粗糙度，而其表面富含的含氧官能團(tuán)可與濾紙纖維素之間通過(guò)氫鍵緊密結(jié)合;MTS作為一種低表面能的修飾材料不但降低了氧化石墨烯表面的表面能，其水解產(chǎn)物的獨(dú)特結(jié)構(gòu)進(jìn)一