【摘 要】
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膜分离是一种以分离膜为核心,对不同粒径的混合溶液进行选择性分离的一门新兴学科。膜分离技术拥有分离、浓缩、纯化和精制的功能,其具有分离效率高、耗能低、无污染以及操作流程简单、便于控制等优点。因此,膜分离技术已经广泛应用于水处理、医药、化工、生物、冶金、环保、能源、食品等领域。纳米科技的发展,为研究开发新型膜技术注入了新的活力。本文通过直接沉淀法合成了超长的Cu(OH)2/CuO纳米线,通过真空抽滤的
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膜分离是一种以分离膜为核心,对不同粒径的混合溶液进行选择性分离的一门新兴学科。膜分离技术拥有分离、浓缩、纯化和精制的功能,其具有分离效率高、耗能低、无污染以及操作流程简单、便于控制等优点。因此,膜分离技术已经广泛应用于水处理、医药、化工、生物、冶金、环保、能源、食品等领域。纳米科技的发展,为研究开发新型膜技术注入了新的活力。本文通过直接沉淀法合成了超长的Cu(OH)2/CuO纳米线,通过真空抽滤的方法首次制备了 Cu(OH)2/CuO超滤膜,并研究了其成膜机理。通过改变反应温度可以控制Cu(OH)2/CuO纳米线的直径大小,进而调节Cu(OH)2/CuO超滤膜的孔径尺寸,并对其截留性能进行了评价。通过对Cu(OH)2/CuO超滤膜超声处理,研究了膜超声解离后再组装成膜的特性。使用X-ray衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜等仪器系统地表征了膜的微观组织结构、物相组成、表面形貌及其强度。通过对染料的截留实验和膜的杀菌实验分别评价了膜的截留性能和抑菌杀菌性能。通过系统的研究表明:(1)合成的Cu(OH)2纳米线的直径为10nm左右,长度超过30μm,其会自发聚集成束,纳米束的直径可以达到50-400nm。通过升高反应温度,相应的纳米束的直径增大,相应制备的Cu(OH)2膜孔径尺寸也增大。Cu(OH)2膜的截留实验表明:反应温度在25℃、30℃和35℃时,对甲基蓝的截留率分别为100%、100%、98%;对亚甲基蓝的截留率分别为100%、52%、0%。在0.1MPa压力下,三者的纯水通量分别为58.9、133.7、159.2 Lh-1m-2。(2)Cu(OH)2超滤膜具有层层组装的结构特征,并且每一单层膜都是由粗纳米束包裹细纳米束组成,可以实现对滤液的多层过滤效果。由此,建立了在反应过程中形成的Cu(OH)2纳米线球模型。(3)合成的CuO纳米线长度超过30μm,CuO纳米线也自发聚集成束生长,纳米束直径在100-500nm之间。CuO膜对甲基蓝截留率为100%,对亚甲基蓝截留率为0。在0.1MPa的压力下,其纯水通量达到了 127.2 Lh-1m-2。(4)采用在蒸馏水中超声解离的方法,研究了 Cu(OH)2/CuO膜破碎后的自组装性能。Cu(OH)2重组膜中的纳米束的长度被截短,为5-10μm;但其直径显著增粗,达到200-500nm,对甲基蓝的截留率达到96%以上。CuO重组膜中纳米束长度5-10μm,直径100nm左右,对甲基蓝截留率达到100%。超声解离再重组法实现了 Cu(OH)2和CuO膜材料的循环使用,为膜材料节能环保提供一种新方法。(5)Cu(OH)2膜和CuO膜对金色葡萄球菌和大肠杆菌的杀菌率都超过90%,可以有效防止膜的生物污染和净化水的二次污染,提高了膜使用寿命。
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