超快水傳輸石墨烯正滲透膜的分離機制研究

《超快水傳輸石墨烯正滲透膜的分離機制研究》是依託四川大學，由蓋景剛擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超快水傳輸石墨烯正滲透膜的分離機制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：蓋景剛
• 依託單位：四川大學

項目摘要

近年來，正滲透技術在利用河流入海口處的滲透能發電和海水淡化方面受到廣泛關注，然而，正滲透膜水通量低，嚴重地制約了該技術的套用。在膜支撐層內產生的內濃差極化現象和截留層過厚是水通量低的主要原因。石墨烯是目前發現的最薄和強度最高的材料。大面積石墨烯的問世以及精密的制孔技術使將石墨烯製備成半透膜成為可能。如果將石墨烯用作正滲透膜，其超高的強度可以極大地減少支撐層的使用，甚至在無外加壓力的條件下，可無需支撐層，從而大幅度降低甚至消除內濃差極化。此外，其超薄的特性將使膜對水的傳質阻力大大降低。本項目擬選用功能化石墨烯作為正滲透膜，採用密度泛函理論、分子動力學模擬以及實驗方法，研究膜與溶液中各物質間的作用形式，明確各變數對膜分離性能的影響規律，建立物質間的作用形式與體系性能間的關係，進而揭示膜對溶液中水分子和鹽離子的分離機制，為製備低內濃差極化、低傳質阻力和高通量的正滲透膜提供理論參考。

結題摘要

近年來，正滲透技術在利用河流入海口處的滲透能發電方面備受關注，然而，正滲透膜水通量低，嚴重地制約了該技術的套用。本項目通過研究溶液的微觀結構，膜與溶液中各物質的作用形式，各變數與膜性能的關係，膜對水分子和鹽離子的分離機制等方面，發現超薄的石墨烯膜不但具有高的力學強度，而且具有高水通量和鹽截留率，解決了目前正滲透膜內濃差極化現象嚴重的問題，也解決了不能同時改善正滲透膜水通量、鹽截留率和機械強度的難題。此外本項目研究表明由於石墨烯膜的厚度極薄，遠遠低於傳統正滲透膜的厚度，導致其傳質機理與傳統正滲透膜的差異顯著，本項目為製備低內濃差極化、低傳質阻力和高通量的正滲透膜提了供理論依據，對於高效利用滲透能資源具有一定的意義。