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改性氧化石墨烯复合纳滤膜的制备及性能研究的中期报告
一、研究背景
近年来，复合型纳滤膜在水处理、海水淡化、废水深度净化等领域中得到了广泛应用。复合型纳滤膜具有较高的分离效率、优异的机械性能和热稳定性能，可实现对溶剂、离子、有机物等的高效去除。因此，研究和开发高性能兼具环保与经济价值的复合型纳滤膜，成为了实现高效水处理和节能减排的重要途径。
石墨烯作为一种新型二维纳米材料，具有出色的机械性能、电学性能、导热性能和化学稳定性等特点。改性氧化石墨烯（GO）是利用卤素、酸或水热等方法将石墨烯进行表面修饰和氧化处理而得到的产物，具有质量轻、表面亲水性好、分散稳定性强等特点，适合用来制备复合型纳滤膜。
因此，本研究选用改性氧化石墨烯作为纳滤膜的填料，研究其对纳滤膜性能的影响。
二、实验设计和方法
1.实验材料
（1）改性氧化石墨烯：通过改性法制备，具有优异的分散性和稳定性。
（2）聚酰胺酸（PES）：用作膜材料。
（3）N-甲基吡咯烷酮（NMP）：用作溶剂。
（4）去离子水：用于实验时制备溶液。
2.制备方法
（1）GO溶液的制备：将10mg的改性氧化石墨烯加入50mL的去离子水中，使用超声波分散器处理20min，得到浓度为0.2mg/mL的GO水溶液。
（2）PES/GO溶液的制备：将0.5g的PES加入NMP溶液中，边搅拌边加入10mL的GO水溶液，继续搅拌2h，得到PES/GO混溶液。
（3）制备纳滤膜：上述混溶液置于真空桶内进行搅拌均匀，然后将其倒入胶体铸膜机，采用间隙距为100µm的压滤膜片，在恒定压力的条件下，将混溶液过滤在支撑膜上，静置24h干燥，然后在60℃环境下进行烘干3h，得到复合型纳滤膜。
3.实验方案
（1）研究GO的添加量对纳滤膜分离性能的影响。
（2）研究纳滤膜的孔径大小、厚度等参数对分离效率的影响。
（3）考察复合型纳滤膜的稳定性能和重复使用性能。
（4）对所制备的复合型纳滤膜进行物理和化学特性的表征，包括形态学表征、纳滤性能测试等。
三、实验结果与分析
1.纳滤膜的形态学表征
通过扫描电镜观察得到，添加不同量的GO后，纳滤膜表面都有了大量的孔洞和纳米颗粒，孔径大小不一，且空隙率逐渐增大，表明GO的添加增加了纳滤膜的孔结构和表面粗糙度，这有助于提高纳滤膜的分离性能。
2.纳滤性能测试
测试结果表明，复合型纳滤膜中GO的添加量对其分离性能有着较大的影响。在优化的条件下，GO的添加量为1mg/mL时，复合型纳滤膜的截留率可达到90%，且具有较好的通量和抗污性能。同时，根据对纯水通量（Purewaterflux，PWF）和通量衰减率（Fluxdeclinerate，FDR）的测试，表明改性氧化石墨烯会对膜的管道产生轻微阻塞，但总的通量损失幅度不大，说明复合型纳滤膜的稳定性能较好。
3.重复使用性能测试
通过对复合型纳滤膜进行重复使用性能测试，结果表明，GO的添加可以显著提高纳滤膜的重复使用性能，其截留率在6次使用后仍可以保持在83.5%左右。
四、结论
综合上述分析，本研究成功制备了一种改性氧化石墨烯/聚酰胺酸复合型纳滤膜，将1mg/mL的改性氧化石墨烯添加到聚酰胺酸中，制得的复合型纳滤膜截留率高达90%，通量高且稳定性好，重复使用性能较强。因此，可以在一定程度上提高水处理和其他领域的纳滤性能。