碳纳米管作为仿生水通道的水渗透性及离子选择性的研究

发布时间：2022-01-24 15:08

　　随着对淡水的需求量增加,水净化和膜脱盐技术一直致力于通过有效的手段增加供水量。基于反渗透膜的水处理技术具有高能耗以及水渗透性低的特征,研究人员开发了基于水通道蛋白（AQPs）的具有高渗透性和低能耗的仿生膜,然而AQPs仿生膜在实际操作中面临着蛋白失活和选择性差的问题。仿生水通道的出现为解决失活和选择性差的问题提供了很好的思路。碳纳米管（CNTs）作为一种常用的仿生水通道在水处理领域广泛引起研究人员的注意,CNTs因本身固有的纳米尺寸和管内壁的疏水特征而被广泛的应用在水处理仿生膜以及仿生水通道领域中。但基于CNTs的仿生水通道在实际开发中面临着难以合成超短或合成的CNTs存在缺陷以及低亲和等缺点。因此,迫切的需要开发一种简捷高效的CNTs合成新方法,合成拥有低缺陷、超短且可以在脂质膜系统中完全融合的CNTs以解决基于AQPs仿生膜在实际中遇到的问题。在本文的研究中,首先利用酸切割处理CNTs以得到超短CNTs,但得到的CNTs长度无法满足制备仿生水通道的需要。为了获得超短CNTs,利用超声切割处理的方法得到了超短CNTs。验证了不同处理方法得到的CNTs的长度。并发现了超声切割的功率对合... 

【文章来源】：齐鲁工业大学山东省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

混酸处理获得碳纳米管的粒径表征

第2章超短碳纳米管制备条件的优化14图2.2不同超声功率下碳纳米管的粒径2.3.3超声切割制备超短碳纳米管的粒径表征为了确定当超声功率设置为200W时，可以获得CNTs的尺寸长度与时间的关系，我们多次利用尖端超声波技术处理将CNT缩短。长时间的微尖端超声处理会导致CNT表面附近的微气泡发生空化和塌陷，并使宏观的纳米管逐渐破碎成更短的片段，这一变化过程在整个超声处理期间都会重复进行[74]。我们在整个过程中以2小时为间隔取样，并使用动态光散射（DLS）测量了这些样品中流体动力学尺寸的分布。多次实验的结果均与前文一致。在切割16小时获得长度为30nm左右的CNTs，在20小时获得长度为20nm的CNTs，在24小时获得长度为12nm的左右CNTs。动力学（如图2.3所示）显示这些样品的平均粒径持续减小，直到24小时时间点为止，此后我们没有观察到任何明显的粒径变化或者粒径变化范围在误差范围之内，每个尺寸读数均来自30次独立测量的平均值。因此，切割工作在24h时已基本完成。结果表明切割程序通常产生的CNTs长度为5-30nm。在这些长度下，超声气泡的空化作用不再能够使CNTs破裂。而且超声切割处理还可以获得不同长度的CNTs。

齐鲁工业大学硕士学位论文15图2.3超声时间对碳纳米管粒径变化的影响我们选取了超声切割处理24小时后的碳纳米管并对其进行了粒径的表征。如图2.4所示，超声切割处理后得到的超短碳纳米管呈正态分布，比混酸处理得到到的分布更加均匀。碳纳米管长度为12.6nm约占47%，同比混酸中最大比例增长了15%，在16nm处占比为29%。与混酸处理相比，超声切割处理得到的超短碳纳米管的粒径分布更加均匀，粒径的变化差别不大。这主要归因为碳纳米管缩短到了一定程度之后，即使超声的功率再大，也无法使其继续缩短。

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3606800