二维纳米材料杂化膜制备与脱水性能强化

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1、二维纳米材料杂化膜制备与脱水性能强化Hybridmembranesfabricatedbyincorporating2Dnanomaterialsfordehydrationperformanceintensification工程领域：化学工程作者姓名：高博鑫指导教师：姜忠义教授企业导师：卢广明高级工程师天津大学化工学院2017年5月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

2、包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：

3、年月日签字日期：年月日万方数据摘要高分子-无机杂化膜由于其优良的分离性能与操作稳定性，受到广泛关注。本文以开发高性能分离膜材料的科学前沿问题为导向，研究渗透蒸发乙醇脱水传质过程。利用二维材料各向异性、比表面积高、水平堆叠取向、纵横比大等优点，使二维无机材料与高分子形成砖-泥结构，构建水分子快速传递路径，优化溶解与扩散过程。为探究二维无机材料自身亲水基团与疏水骨架间，及无机材料与高分子间的亲疏水协同效应对膜性能影响，将二硫化钼（MoS2）经超声分散与细胞破碎后，掺杂到海藻酸钠（SA）高分子中制备杂化膜。SA的

4、亲水基团通过氢键优先吸附水分子，提升了选择性。水分子在MoS2表面疏水区域摩擦阻力较小，快速滑移增加了渗透性。MoS2与SA形成了砖-泥结构，其间的自由体积孔穴以及纳米片层间隙形成了传质路径。掺杂2wt%MoS22的杂化膜通量达到1839g/(mh)，分离因子1229。将溶剂热法合成的二维金属有机框架材料EuBTB([Eu(BTB)(H2O)2·solvent]n(H3BTB=benzene-1,3,5-tribenzoate))掺杂到SA中制备杂化膜。EuBTB的疏水孔道利于水分子快速渗透，其羧基能优先吸

5、引水分子。EuBTB可有效干扰SA链段分布，降低结晶度，增强渗透性。掺杂5wt%EuBTB的杂化膜通量达到1996g/(m2h)，分离因子1160。将混酸法合成的两亲性碳材料ACM(Amphiphiliccarbonaceousmaterial)掺杂到SA中制备杂化膜。ACM的含氧基团扩大了片层间距，使其在水中稳定分散。较小的片层尺寸提升了其与SA间作用力，实现了溶解与扩散过程的集成强化。掺杂2wt%ACM的杂化膜通量达到1778g/(m2h)，分离因子1816。关键词：渗透蒸发，乙醇脱水，杂化膜，二维材料

6、，亲疏水协同I万方数据II万方数据ABSTRACTPolymer-inorganichybridmembraneshadreceivedextensiveattention,duetoitsfavourableseparationperformanceandoperationstability.Thisstudyfocusedonscientificfrontierofexploitingseparationmembranematerialswithhighperformance,andresearched

7、themasstransferprocessofpervaporationdehydration.Duetotheadvantagesoftwo-dimentional(2D)materials,suchasanisotropy,highspecificsurfacearea,horizontalstackedorientationandhighaspectratio,2Dmaterialscouldformbrick-and-mortarstructurewithpolymer,whichfabricat

8、edfasttransferchannelforwatermoleculetooptimizethedissolutionanddiffusionprocess.Toresearchtheinfluenceofsynergyofhydrophilityandhydrophobicitybetweenhydrophilicgroupsandhydrophobicframeworkofinorganicmateria