co_3o_4-gopes共混超滤膜的制备及其催化清洗性能研究

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1、学校代码:10255学号:2131284DONGHUAUNIVERSITY硕士学位论文MASTER’SDISSERTATIONCo3O4-GO/PES共混超滤膜的制备及其催化清洗性能研究PREPARATIONOFCo3O4-GO/PESHYBRIDULTRAFILTRATIONMEMBRANESANDIT’SFUNCTIONOFCATALYTICCLEANING学科专业：环境工程作者姓名：欧阳赣指导导师：李登新完成日期：2015.12.15东华大学硕士学位论文答辩委员会成员名单姓名职称职务工作单位备注刘勇弟教授答辩委员会主席华东理工大学李咏梅教授答辩委员会委员

2、同济大学陈亮教授答辩委员会委员上海市普陀区环保局李登新教授答辩委员会委员东华大学黄满红教授答辩委员会委员东华大学杨小明工程师答辩委员会秘书东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意

3、学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日Co3O4-GO/PES共混超滤膜的制备及其催化清洗性能研究摘要聚醚砜（PES）不仅热稳定性和抗氧化性能优异，同时也具备机械性能稳定，抗蠕变性能优异等特点，是一种被广泛应用的膜材料。但由于PES材料本身疏水性强，直接制备超滤膜极易引起膜污染，进而导致低通量

4、、低运行效率以及缩短膜寿命等问题。因此，对纯PES超滤膜进行改性是十分有必要的。无机/有机共混改性是一种简单高效的改性方式，被广泛应用于高性能超滤膜的研发和制备。通过掺混一种或多种添加剂可以有效地改善单一高分子有机材料所存在的一些性能上的缺陷，除了能够提高膜的亲水性能和耐污染性以外，还可以赋予改性膜某些特殊的功能。本研究将四氧化三钴（Co3O4）负载于氧化石墨（GO）片层结构上制备得Co3O4-GO纳米复合材料，然后利用浸没沉淀相转化法制备共混平板超滤膜，从添加剂与膜材料的相容性、添加剂掺混量对改性膜性能的影响以及改性膜的催化清洗功能三个方面展开研究，以期达到

5、提高膜性能的目的。本研究以鳞片石墨为原料，用Hummers法制备了氧化石墨，再经热溶剂法一步合成复合材料Co3O4-GO。利用XRD、SEM以及HRTEM对制备的材料进行了表征，结果表明纳米级尺寸的Co3O4颗粒成功负载到GO片层上，复合材料表面含有大量的羟基、羧基等含氧官能团使得氧化石墨片层更加疏松，且尺寸相对均匀，均小于100nm。在最佳有机溶剂的选择试验中，Co3O4-GO经超声后在DMF、DMAC和NMP这三种有机溶剂中分散性最好的是DMAC，添加剂经搅拌后能形成均匀稳定的铸膜液。从EDS面扫表征结果来看，Co3O4在超滤膜上分布均匀，未出现明显的团聚

6、现象，表明Co3O4-GO与膜材料PES相容性好。为了考察添加剂Co3O4-GO对膜结构的影响，本研究采用SEM和AFM分别表征膜断面结构和表面粗糙度的变化，研究表明：与纯PES膜相比，Co3O4-GO的加入使膜的断面指状孔变得更规则，贯通性更好，有利于水通量的提高。但是当掺混量大于1.5wt.%后，膜的致密层中出现一些横向的片层结构堵塞了部分孔道。AFM表征结果表明，改性膜表面明显比纯PES膜更光滑，且粗糙度随着掺混量的增加而逐渐增大。与此同时，本研究还通过测定膜的拉伸强度、静态接触角、纯水通量、截留率、耐污染以及抗菌性能来考察添加剂掺混量的影响，结果显示：

7、Co3O4-GO的I共混有效地提高了PES膜的机械性能，在添加剂含量为0wt.%～1.0wt.%范围内，膜的拉伸强度随着掺混量的增加而增大；纯PES膜的静态接触角为75.2º，而随着Co3O4-GO掺混量的增加静态接触角依次逐渐减小，当添加量为2.0wt.%时静态接触角最小（54.75º），亲水性最好；在0.1MPa的操作压力下进行纯水通量-2-1和BSA截留率试验，纯PES膜纯水通量仅为101.1Lmh，当添加量为1.5wt.%-2-1时，通量提高至347.2Lmh，相对提高了343%。随着添加剂含量的增加改性膜的截留率略有下降，但始终保持在94%以

8、上；以生化降解性能好的污水（SV=30