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西南交大王勇教授:超声波辅助沉积技术构建高效去除有机染料的PVDF/GO膜

 
发布日期:2018-10-17
 

环境污染极大地影响着社会的可持续发展和人类健康,在环境污染物中,有机染料广泛存在纺织、化妆品、印刷等各个行业排出的废水中。大多数有机染料是水溶性的,它们具有很强的毒性,因此必须完全去除废水中的有机染料。氧化石墨烯(GO)薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,在GO片层中,除了存在一些处于sp3状态碳原子外,大多数碳原子仍处于sp2状态。特殊的结构特征赋予了GO与有机染料有很强的相互作用。一方面,GO可表现出π-π相互作用;另一方面,GO展出在水性条件下负电荷,显示出与阳离子染料的静电相互作用。此外,GO还具有优异的亲水性。因此,GO被认为是可去除废水中有机染料的优异吸附剂。但是,大多数GO吸附剂在水中分散,结构稳定性差。因此,GO基吸附剂的再生和回收是相对困难,并且由于悬浮GO的存在导致形成二次污染。

近日,西南交通大学王勇教授课题组利用超声波辅助沉积技术制备了复合聚(偏氟乙烯)(PVDF)/氧化石墨烯(GO)膜。将首先将通过静电纺丝技术获得的电纺PVDF纤维膜浸入GO水溶液中,然后在100W功率下对混合物进行超声波处理。微观结构表征和亲水性测量证实大量GO掺入PVDF膜中。然后研究了复合PVDF/GO膜对亚甲基蓝(MB)的吸附能力。结果表明,超声时间和GO浓度决定了复合膜中GO的含量,也决定了复合膜的吸附容量。吸附动力学和吸附等温线的研究表明,复合PVDF/GO膜对MB的最大吸附容量为621.1mg g-1。此外,复合PVDF/GO膜表现出优异的再生能力。这项工作表明,复合PVDF/GO膜是去除废水中有机染料潜在的吸附剂。


图1:SEM图像显示了同PVDF/0.1GO复合膜在0.1g L-1 GO水溶液中进行不同时间超声波处理后的形态。图中显示的数据表示每克膜的GO负载量。(a,b) PVDF/0.1GO-15,(c,d) PVDF/0.1GO-30和(e,f) PVDF/0.1GO-60


图2:SEM图像显示了同PVDF/0.5GO复合膜在0.5g L-1 GO水溶液中进行不同时间超声波处理后的形态。图中显示的数据表示每克膜的GO负载量。(a, d) PVDF/0.5GO-15,(b,e) PVDF/0.5GO-30和(c,f) PVDF/0.5GO-60


图3:SEM图像显示了同PVDF/1GO复合膜在1g L-1 GO水溶液中进行不同时间超声波处理后的形态。图中显示的数据表示每克膜的GO负载量。(a, d) PVDF/1GO-15,(b,e) PVDF/1GO-30和(c,f) PVDF/1GO-60


图4:复合PVDF/GO膜借助超声波处理制备方法的示意图。(a)通过静电纺丝技术制备PVDF纤维膜,(b)在超声波处理过程中PVDF膜在GO水溶液中溶胀,(c) GO迁移到溶胀的PVDF膜的孔隙中和(d) 停止超声处理,GO掺入PVDF膜中。

 
 
 

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