A-复合CNTs超滤膜研究现状.doc

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1、毕业论文（设计）论文题目复合CNTs超滤膜研究现状（皮）学 院*年 级20*级专 业*学生姓名张三学 号*指导教师李四 教授王五 助教佳木斯大学学术诚信承诺本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得佳木斯大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：_ 日期：_关于论文使用授权的说明本人完全了解佳木斯大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论

2、文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。签名：_ 导师签名：_ 日期：_复合CNTs超滤膜研究现状摘要：一方面，碳纳米管（CNT）由于独特的一维管状结构以及特殊的机械，电子，化学性质，碳纳米管已在许多领域获得了潜在的应用。但是，由于CNT的化学惰性使其在工业上的实用性存在疑问。因此，为了提高碳纳米管的应用范围，很多工作都集中在功能化和改性碳纳米管上。另一方面，超滤作为膜分离技术中的一种，是以压力差为驱动力的物理分离过程，近年来得到了迅速的发展但在使用过程中发现，膜污染现象导致膜渗透通量下降，严重影响了超滤膜在实际中的应用效率。因此，本文采用文

3、献综述的方法对碳纳米管与各类物质（如聚砜、聚乙烯醇等）复合而得到超滤膜进行了分析。不同物质与碳纳米管复合形成的超滤膜可以用于水净化和气体分离。关键词：碳纳米管；超滤膜；改性；水净化；气体分离Research status of composite CNTs ultrafiltration membraneAbstract: On the one hand, carbon nanotubes (CNTs) have gained potential applications in many fields due to their unique one-dimensional tubular st

4、ructure and special mechanical, electronic, and chemical properties. However, due to the chemical inertness of CNTs, there is doubt about its industrial applicability. Therefore, in order to improve the application range of carbon nanotubes, much work is focused on functionalizing and modifying carb

5、on nanotubes. On the other hand, as one of the membrane separation technologies, ultrafiltration is a physical separation process driven by pressure difference. In recent years, it has been rapidly developed. However, it has been found in the use process that the membrane fouling phenomenon causes t

6、he membrane permeation flux to decrease Seriously affected the application efficiency of ultrafiltration membrane in practice. Therefore, this paper analyzes the ultrafiltration membrane obtained by compounding carbon nanotubes with various substances (such as polysulfone, polyvinyl alcohol, etc.) u

7、sing the literature review method. Ultrafiltration membranes composed of different substances and carbon nanotubes can be used for water purification and gas separation.Key Words: Carbon nanotubes; ultrafiltration membrane; modification; water purification; gas separation目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 研

8、究背景11.2 研究目的及意义11.2.1 研究目的11.2.2 研究意义21.3国内外研究现状21.3.1 国外研究现状21.3.2国内研究现状31.4研究方法41.5 研究内容4第2章超滤膜技术简介52.1 超滤膜技术发展历程52.2 超滤膜技术概念52.3 超滤膜技术原理52.4 超滤膜技术优势6第3章 碳纳米管简介73.1碳纳米管的发展历史73.2碳纳米管的概念73.3碳纳米管的结构73.4碳纳米管的优势8第4章 碳纳米管超滤膜技术的应用94.1 水处理94.2 气体分离10结 论12致 谢13参考文献14第1章 绪论自1991年被发现以来，碳纳米管（CNT）迅速成为化学，物理和材料科

9、学的研究重点。由于其独特的一维管状结构以及特殊的机械，电子，化学性质，碳纳米管已在许多领域获得了潜在的应用。但是，由于CNT是化学惰性的并且不能溶解在典型的有机溶剂中，因此在工业上的实用性存在疑问。因此，为了提高碳纳米管的应用范围，很多工作都集中在功能化和修饰碳纳米管上1,2。1.1 研究背景 超滤（UF）膜在许多工程分离中都非常受关注，因为它们显示出独特的功能，易于放大的可能性，低能耗和可回收性3。尤其是，聚砜（PSf）UF膜由于其优异的特性（例如在各种非质子极性溶剂中具有高机械性能，耐化学性，热稳定性和可加工性）而吸引了许多科学家4,5。良好的溶解度允许采用多种方法形成聚砜膜，尤其是一项成

10、熟的技术，即非溶剂/溶剂诱导的相分离（NIP）6。然而，由于其疏水性，聚砜膜的应用通常受到限制。由于溶质-膜疏水相互作用，聚砜膜通常显示出低水通量和严重的膜污染。为了克服这些问题，许多努力试图增强聚砜膜的性能。例如，等离子体处理7和磺化8为膜提供了更亲水的表面。另外，亲水性聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）和聚乙二醇（PEG）被广泛用作聚合物添加剂，以改善亲水性，进而改善膜的渗透性和防污性能。此外，复合材料的概念被认为可以提供具有改进的机械性能，化学稳定性，孔隙率，亲水性和防污性能的高级膜9。廖信侨等人10报道了合成活性炭/ 聚砜复合膜。复合膜的渗透性（即水通量）可通过颗粒大小和活性炭载量来调节。在聚

11、苯胺（PANi）纳米纤维的PSf复合材料的情况下，也发现了类似的成功11,12。复合膜显示出与纯聚砜膜相似的牛血清白蛋白（BSA）和白蛋白卵（AE）选择性，更大的孔隙率和更好的亲水性，从而提高了透水性。碳纳米管有望为聚合物基质提供卓越的机械性能和多功能特性。因此，本文对复合碳纳米管超滤膜改性进行了综述以供参考。1.2 研究目的及意义1.2.1 研究目的超滤工艺在水处理领域已取得广泛的应用，作为超滤工艺核心的技术环节，超滤膜本身性质对超滤工艺至关重要。超滤膜膜污染和机械强度不足的问题是目前限制超滤技术进一步发展的主要问题。过滤条件优化、反洗条件优化、预处理、组合工艺等运行条件的改进在一定程度上缓

12、解了超滤膜的膜污染现象。其中，可逆污染得到了较好控制，而运行工况优化对不可逆污染的控制作用仍然有限。此外，超滤膜在长期运行中出现破损、中空纤维膜出现断丝的现象反映了超滤膜机械强度不足的现状。从膜材料本身入手，结合功能化纳米材料，通过合理方法进行膜制备和膜改性，能从根本上提升超滤膜性能，解决超滤应用中的瓶颈问题。碳纳米管和纳米纤维素材料作为新兴的纳米材料，它们在纳米复合膜领域逐渐受到国内外学者的关注和重视。然而，纳米材料用于膜改性的现有研究内容过于分散，缺乏改性/制备方法与纳米材料性质相结合的完整研究体系；缺少改性膜性能提升机理分析探讨的深度；缺失面向应用的纳米复合膜改性研究思路。基于以上研究现

13、状，本研究对纳米材料用于膜改性的研究进行综述以供参考。1.2.2 研究意义碳纳米管(CNT)是新型的一维纳米碳材料，自被发现以来，由于其独特的结构及优异的性能掀起了人们研究的热潮。CNT 因具有良好的力学性能、电学性能、韧性、大的比表面积等特点而被广泛应用在储氢材料、复合材料增强剂、超导材料等领域。纳米技术的进步使得基于 CNT 的纳米多孔膜得到了发展。笔者对超滤膜技术的起源、技术原理、优点以及碳纳米管对超滤膜改性后的性能提升和应用进行了综述。1.3国内外研究现状1.3.1 国外研究现状Skoulidas等人13证明了碳纳米管对气体有极高的传输通量，随后，碳纳米管聚合物的混合膜材料逐渐成为了研

14、究的重点。Choi 等14把改性的多壁碳纳米管(MWNTs)与聚砜材料共混，采用相转化法制备出MWNTs分散良好的复合膜，复合膜的纯水通量和截留率相对于聚砜膜有所提高。Ahmad15制备了醋酸纤维素和多壁碳纳米管混合基质膜，研究了不同压力和不同碳纳米管含量的条件下混合基质膜对CO2和N2的分离能力。Vatanpour等人16研究发现经过氨基化改性的碳纳米管添加到复合膜中对膜表面的亲水性有显著的改善。当其含量为0.05wt%时，复合膜的水通量有了较大的提高，表面粗糙度也有大幅度的下降。Kaganov等人17建立了碳纳米孔膜中CO2 / CH4-C4H10迁移的分子动力学模拟，指出当分子直径和孔径

15、相似时，烷烃上碳原子的增加导致 二元混合物的分离性能更好。通过多孔碳膜结构的分子大小相差很大的H（2）和烷烃气体混合物的非平衡共传输的数值模拟得以实现。可以从单气体渗透率预测二元扩散系统（和一个三元系统）在大约几十个大气压的压力下以及在室温或更高的工作条件下的模拟渗透率和选择性。Satish及其同事18通过用苯和磺酸处理合成了亲水性碳纳米管，随后用它们来制备电容器膜。在6 M KOH中获得了较高的电容值（350 F / g），功率密度（4.8 kW / kg）和能量密度（3.3 kJ / kg），该电容几乎是空白对照纸的7倍。 这些材料的比电容强烈依赖于大孔表面积。 基于BET模型，吡咯处理的

16、功能化SWNT电极的双层容量为154 UF / cml，基于DFT模型，甚至更高。Merkel等人19通过将碳纳米管与具有高通量的聚合物共混物混合，制备了有机-无机膜。发现无孔，纳米级气相二氧化硅颗粒在玻璃态无定形聚（4-甲基-2-戊炔）中的物理分散同时并令人惊讶地提高了大有机分子在小永久性气体上的薄膜通透性和选择性。这种纳米级杂交代表了一种创新的方法通过系统地调整玻璃状聚合物介质的分离特性操纵分子堆积。1.3.2国内研究现状Qiu等20研究了功能化碳纳米管/ PSF共混超滤膜的制备及性能。通过羧化碳纳米管与5-异氰酸根合间苯二甲酰氯（ICIC）之间的反应，合成了由异氰酸酯和间苯二甲酰氯官能化

17、的多壁碳纳米管（MWNT）。此外，将聚砜（PSF）和具有不同成分的二甲基甲酰胺（DMF）溶解的官能化多壁碳纳米管的混合物用于通过经典的相转化方法制备超滤膜。发现官能化的MWNT的含量是影响共混膜的形态和渗透性能的重要因素。共混膜的纯水通量随官能化MWNTs含量的增加而增加。于海容等人21以PVA 为膜基体材料，在铸膜液中添加一定量的用表面活性剂分散好的羧基化的 CNT(c CNT)，以聚乙二醇(PEG)为致孔剂，通过浸没沉淀相转化法制膜。研究了 CNT 的用量对复合膜性能的影响及膜对印染废水中偶氮类及三苯甲烷类物质的去除情况。Sun等22证明了独立式氧化石墨烯（GO）膜的选择性离子渗透和水净化

18、特性。钠盐快速渗透通过GO膜，而重金属盐的渗透则慢得多。有趣的是，铜盐完全被GO膜堵塞，有机污染物也没有渗入。该文也讨论了GO膜的选择性离子渗透特性的机理。膜内形成的纳米毛细管负责金属离子的渗透，而重金属离子与GO膜之间的配位则限制了离子的通过。最后，研究了混合水溶液的渗透过程。结果表明，钠盐可与铜盐和有机污染物有效分离。提出的结果证明了GO在屏障分离和水净化等领域的潜在应用。Hu等23报告了一种新颖的程序，可以使用氧化石墨烯（GO）纳米片来合成新型的水分离膜，从而使水可以流过GO层之间的纳米通道，而多余的溶质则被尺寸排阻和电荷效应所拒绝。GO膜是通过在聚多巴胺涂层的聚砜载体上逐层沉积被1,3

19、,5-苯三羰基三氯化物交联的GO纳米片制成的。该交联不仅使堆叠的GO纳米片具有 具有克服其在水环境中固有的可分散性的必要稳定性，而且还微调了GO纳米片的电荷，功能和间距。然后，我们测试了具有不同数量GO层的合成膜，以证明其有趣的水分离性能。Jia等24发现GO膜通量在80至276 LMH / MPa之间，比大多数商业纳滤膜高约4-10倍。Jia等人研究发现共混膜的气体分离通量比有很大的提高，碳纳米管酸化后所带的羧基集团提高了对极性气体的吸附能力，限制了非极性气体分子的吸附。这不仅提高了膜的通量，而且提高了选择性。1.4研究方法文献资料法。在前期调研阶段，学校图书馆为资料的收集和整理提供了方便。

20、通过百度、Google等学术平台大量搜索相关的文献和书籍对所研究的课题进行初步的认识，对各种前处理技术进行初步评估。进一步的分析总结和归纳文献中的重要内容，做好笔记，进行深层次的了解。把重点及相关知识收集起来为撰写论文做准备。1.5 研究内容（1）绪论。对复合碳纳米管超滤膜改性的研究背景、研究目的和意义以及国内外研究现状进行解读。（2）理论上，对碳纳米管和超滤膜的相关技术概念、原理和优点进行分析。（3）实践上，对碳纳米管超滤膜技术的研究进展和实际应用进行综述。第2章超滤膜技术简介2.1 超滤膜技术发展历程1861年，施密特首次在实验室中成功完成了使用天然牛心包膜的超滤实验。尽管“超滤”一词最早

21、由Becchhold等人于1906年提出。100多年来，第一款真正的超滤膜诞生于1960年代初25。1970年，随着各种新材料的出现，超滤膜迅速进入了商业领域。超滤技术的最初应用是在化学和制药行业。直到1990年，水处理行业才得以迅速发展。截至目前，超滤已广泛应用于各个领域，例如电子行业的超纯水制备，电泳漆的回收，饮料和果汁生产，食品行业的水，制药行业，医疗行业以及废水处理和回收利用等26。1970年，我国开始研究超滤膜。在70年代，成功开发了醋酸纤维素膜超滤膜，在80年代成功开发了聚砜中空纤维超滤膜。同时，在电荷膜，膜形成机理和膜结垢机理方面已取得令人鼓舞的进展。到目前为止，中国有PS，PA

22、N，PSA，PP，PE，PVDF和十多种超滤膜27。2.2 超滤膜技术概念在20世纪初，Becchold首次提出了超滤的概念28。超滤（UF）是一种膜分离技术，可在微滤和纳滤之间分离，纯化和浓缩溶液。 其定义域是截获分子量500500000 Da。 相应孔的近似直径约为0.0010.1m，工作压力差通常为0.10.8MPa，分离出的部件的直径约为0.00510m29。2.3 超滤膜技术原理超滤过程可以理解为以膜两侧的压力差为驱动力，在静压力的推动下，以超滤膜为过滤介质，原料液体中的溶剂和孔径较小的小分子量溶质从高压侧到低压侧通过超滤膜，而大分子量溶质被捕集在高压侧。也就是说，当水流过膜表面时，

23、仅允许水，无机盐和小分子物质渗透到膜中，从而阻止了诸如悬浮固体，胶体，蛋白质和微生物等大分子通过水中。达到纯化，分离和浓缩溶液的目的30。物理筛选通常被认为是超滤膜的主要保留机制。但是，有时超滤膜的孔径大于溶剂和溶质分子的孔径。它不应具有捕集作用，但实际上具有明显的分离作用。这可能是膜表面的化学性质，例如静电效应的原因。 总而言之，超滤膜的保留主要有三种机理：一次吸附在膜表面和孔中，保留在孔中以及去除膜表面上的机械孔。2.4 超滤膜技术优势与常规工艺相比，超滤工艺在水处理方面具有以下优点：（1）浊度高，过滤精度高，出水水质稳定可靠，水质指标变化小，受其他因素影响小因素。在去除浊度和颗粒物方面，

24、超滤工艺的去除率高于常规工艺，出水浊度在0.1 NTU以下稳定，颗粒物的去除率高达99.9。（2）能有效去除病原微生物。UF技术能够有效去除水中的病原微生物和病原病毒，例如隐孢子虫和细菌31。实际上，超滤膜的总大肠菌群减少量可以达到7 log，隐孢子虫的去除量可以达到4.4-7 log，贾第鞭毛虫的去除率可以达到4.7-7 log，MS2噬菌体的某些病毒可以达到6 log或更高32。（3）简化流程。超滤废水的浊度可降低至0.1 NTU，与超滤前的水浊度无关，因此，无需常规过滤就可以直接进行凝结沉淀后的水进行超滤18。超滤后的废水不需要重新感染，也不需要添加其他化学试剂，从而简化了工艺流程并实现

25、了水厂的自动化控制。（4）水厂面积小。超滤过程的表面积仅为传统过程的1/5左右33。（5）与常规加高级处理工艺相比，超滤工艺可节省水费。与常规竞争性浓缩（热过程）和分离操作（倾析，过滤，离心，色谱分离等）相比，膜分离过程具有以下三个主要优势类别，因此引起了人们的极大兴趣，并且对工业具有吸引力34：更高质量的加工食品-食品的客户要求随着安全性，新颖性，多样性和营养的发展而变化。这种发展需要通过从初始产品中制造馏分和共馏分来设计新型食品和中间食品。 此外，膜分离过程可以保留新鲜食品的营养，而污染的风险更低。竞争力和经济考虑在传统食品的制备中，膜工艺有助于简化工艺流程（减少某些生产步骤）并改善生产工

26、艺（去除对食品质量有不利影响的有害成分，如食品污染物），从而最终 产品在质地上更具吸引力，并延长了其货架寿命）和食品质量（温和操作，对热不稳定食品和风味剂无破坏性）。此外，膜工艺简单，易于实施，并且本质上是模块化系统（紧凑但具有良好的灵活性和良好的自动化性）。有益于环境的膜工艺消除了用于澄清葡萄酒，啤酒，果汁等的污染物质（硅藻土）的使用。硅藻土的使用会导致许多问题，包括与粉尘接触有关的健康和环境问题以及与粉尘有关的问题。 处置废旧蛋糕以填埋。第3章 碳纳米管简介3.1碳纳米管的发展历史在1950年代，Roger Baconat Union Carbide研究了碳纤维，并观察了直的和空心的“纳米

27、晶须”的图像，其中碳层的间隔与石墨的平面层相同35。在1970年，MorinobuEndo观察到碳纤维，该碳纤维是由苯和二茂铁在1000C下热解所产生的，在高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）的观察下，该碳纤维的末端具有空心核和催化颗粒。俄罗斯科学家Bochvar和Gal Pern完成了Huckel计算（即计算分子轨道能级），结果表明石墨烯片可以卷曲成带隙较大的“空心分子”36。10全球性的碳基纳米材料热情源于Sumio Iijima于1991年通过电弧技术合成了中空管制成的碳针。两年后，Sumio Iijima和唐纳德Donald Sumio同时独立地发现了单壁碳纳米管，这是一项突破37。

28、在1996年因发现富勒烯或C60而获得诺贝尔化学奖后，这些材料得到了进一步的关注。3.2碳纳米管的概念碳纳米管是由规则的六边形排列的碳原子组成的无缝圆柱体，两端均被半球形端盖封闭。它们可以作为单壁纳米管，多壁纳米管（MWNT）生产，而在将纳米管均匀地分布和合并到其他材料的矩阵中时，纳米管的制造难度和成本仍然很高，这一直是人们所希望的目标自1991年以来在纳米领域工作的研究人员中获得了广泛的研究成果，这归功于其出色的委托物理性能以及在广泛领域中的潜在应用前景。3.3碳纳米管的结构碳纳米管（CNT）具有独特的结构特征和特性。除了非常小之外，它们还具有很高的结构完善性和出色的电子，机械，光学，热和传

29、输性能。它们是仅由碳原子组成的空心圆柱分子，相当于卷成无缝管的石墨（石墨烯）片，末端有盖或无盖。当碳原子结合形成石墨时，一个s轨道和两个p轨道在平面上彼此间隔120杂化而形成三个sp2轨道。强共价面内键将平面中的原子结合在一起，从而使CNT具有高刚度和高强度。垂直于键平面的其余孔眼有助于层间相互作用，并形成弱的，平面外的和分离的键。CNT的直径为纳米级，纳米，微米甚至毫米级的长度使它们的长宽比（长度/直径）比率有时大于104。这些赋予它们类似于沿管轴具有平移周期性的单分子或准一维晶体的特性。CNT可分为两类：多壁碳纳米管（MWNT）和单壁碳纳米管（SWNT）。3.4碳纳米管的优势CNTs 具有

30、非常高的机械强度，它是已知材料中弹性模量最高的，达到 1Tpa，与金刚石相差不多，被称为“超级纤维”；其拉伸强度高达 50-200Gpa，是钢的 100 倍，但密度却只有钢的 1/6；同时 CNTs 还具有良好的弹性特性，弹性应变高达 1238。CNTs 的优异力学性能使其经常被用于复合材料的研制中，如作为无机材料的载体，作为有机材料的添加剂等，极大的改善了复合材料的性能。CNTs 以碳原子六角网面为单元构成的准一维结构特点，使其具有极高的热导率，同时又具有较低的热膨胀系数。CNTs 呈长条形的管状结构，其长径比很大，这决定了它在长度方向的传热性能大，在径向的传热性能就比较小。通过合适的取向，

31、管间填充、两端复合等可实现热量沿着碳纳米管高热导率的轴向方向传输。将 CNTs 作为添加剂改善各种聚合物基体内的热传递网络结构，进而发展高性能导热树脂、电子填料或黏合剂成为研究的热点。CNTs 是由石墨烯卷曲而成的管状结构，构成其结构的碳原子都处于表面，使其具有巨大的比表面积，除此之外，CNTs 的一维中空管状结构以及碳原子之间的堆叠空隙，在加上 CNTs 巨大的表面能，这些性能都使其具有优良的吸附能力，使 CNTs 对气体液体都具有良好的吸附性。构成 CNTs 的碳原子的 4 个价电子有 3 个成键，第 4 个价电子称为 ，是未成键的2p 电子，以 键结合，其决定了 CNTs 的电学性质。该

32、电子可在外界条件作用下发生迁移流动，从而产生电流。但是这种运动并不是杂乱无章的，而是具有一定规律性的，受到电子的量子限域效应的影响。除此之外，CNTs 的电学性能还受到其几何尺寸的、卷曲的螺旋结构等的影响，特别是与 CNTs 的直径息息相关，随直径变化可将 CNTs 分为导体碳纳米管和半导体性碳纳米管。CNTs 长径比很大，这决定了其在磁性能上具有明显的各向异性，这与 CNTs 的传热性能具有一定的相似性；在所有的富勒烯中，CNTs 的磁化率是最大的，且随温度变化而变化。这是 CNTs 在磁性方面最显著的两个特征。第4章 碳纳米管超滤膜技术的应用4.1 水处理随着经济的发展和社会的进步，人们的

33、生活水平不断提高，人类活动对环境的影响也在扩大，导致环境污染加剧。其中，水污染不容忽视。与能源不同，可水以制造和被破坏。（也许我们当中有些人可能记得我们上学时做过的一个简单实验，将电池连接到两个电极上，然后将电极插入一杯水中。同样，燃烧任何碳氢化合物都会产生水。）但是，在科学实验室之外使用水应该被视为一种有限而宝贵的资源。鉴于水资源短缺，已经出现了各种新的，改进的和高效的水处理技术。超滤（UF）技术是不同水处理技术中最常见的应用。超滤具有占地面积少，水质稳定，自动化程度高的特点，并且能够将水中的微生物，病毒，胶体和悬浮颗粒几乎完全从水中去除，从而大大提高了水的生物安全性。被完全过滤。作为第三代

34、城市饮用水净化技术的核心技术，超滤将成为城市饮用水净化工艺的新方向，在生活污水和工业废水的回收利用中也具有巨大的潜力。与传统的水处理工艺相比，超滤技术具有更高的处理效率，更好的处理效果和更低的能耗。进一步研究超滤技术对改善水质，保护水资源和生态环境具有重要意义。在饮用水源的处理中，单一的超滤技术不是很有效，并且与其他工艺相结合可以表现出良好的性能。张等人39使用超滤深度处理技术来处理江苏某河流的源水。结果表明，处理后水的浊度在0.1NTU以下，且不随水质的变化而变化，CODMn的去除率达到44。出水的平均CODMn浓度符合GB5749-2006饮用水卫生标准的要求，仅为2.5mg / L。H.

35、Klaus 40提出将一定量的粉末状活性炭（PAC）添加到超滤膜装置的循环水流中，以构成用于处理饮用水的吸附固液分离工艺。 从理论上讲，水中溶解的有机物可以被PAC吸附，超滤膜可以完全保留PAC颗粒。 因此，PAC吸附可以增强溶解的有机物在超滤膜中的保留并减少膜的结垢。随着全球工业化的飞速发展，如何提高工业废水处理水平和效率，减轻废水污染越来越受到人们的关注。与常规废水处理相比，该膜集成技术具有废水处理设备小，操作简单，运行维护成本低，操作环境优越，处理效率高，污水净化能力强的优点。Debik等41研究了超滤/纳滤（UF-NF）双膜集成技术用于处理印染废水，并讨论了预处理工艺，处理量和水质处理

36、的效果。结果表明，采用超滤/纳滤双膜集成技术比单纳滤技术可获得更高的水通量，超滤/纳滤双膜集成处理后废水的化学需氧量（COD）比色和电导率等指标 所有技术均满足印染废水的水质要求。Zhou等人42使用膜集成技术处理乳化石油废水。 实验结果表明，处理后的乳化油废水的COD去除率达到95以上，膜清洗后的通量回收率达到95以上。Wang等43开发了一种超滤-反渗透-离子交换膜集成技术系统，用于含胶态重金属（Cu2+）的工业废水的深度处理和资源利用。超滤技术将被广泛应用于世界各地的水处理领域。由于物理筛选是超滤膜的主要保留机制，因此该技术符合绿色技术的概念，可以提高能源和资源的利用率。尽管膜寿命和膜结

37、垢仍然是重要的限制因素，但随着膜组装工艺，膜材料，膜组件，系统设计以及运行和维护技术的不断改进，超滤技术必将在水处理应用领域变得更加广泛。4.2 气体分离最初，由于昂贵的生产程序，纳米管的生产和在聚合物材料中的使用都不具有成本效益。然而，CNT合成的进展已经以低成本提高了纳米管的数量和质量。随着碳纳米管的大规模生产，具有多功能功能的高级聚合物/ CNT纳米复合材料在学术界和工业界都受到关注。这些纳米复合材料的许多潜在应用得到了开发，例如用于气体分离膜的结构材料44,45。气体分离聚合物膜是一个动态的研究领域，因为人们越来越关注二氧化碳捕获以缓解全球变暖。聚合物膜的重量轻、易加工、效率高，使其比

38、传统的膜更适合于二氧化碳的捕获。这些膜去除了气体混合物中一种成分的选择性通过能力，尽管排斥了其他成分在这方面，近年来，人们对掺入纳米填料的聚合物纳米复合膜进行了探索。与纯聚合物膜相比，聚合物纳米复合膜具有更高的气体选择性和透气性Tzu等人46将通常用于制造膜滤器的有机聚合物与无机物质，多壁碳纳米管（MWCNT）结合在一起，在这项研究中开发了将H与CH分离的非凡能力。 通过溶液浇铸法制备了一系列标称MWCNT含量为115 wt的MWCNTs / PBNPI纳米复合膜，其中非常细的MWCNT被嵌入到玻璃状聚合物膜中。已经进行了详细的表征，例如形态，热稳定性和晶体结构，以了解纳米复合膜的结构，组成和

39、性质。结果发现，这种新型的膜具有更高的渗透性和更高的选择性，并具有在分子水平上过滤气体和有机蒸气的有用能力。聚合物膜的机械强度是其应用中的限制之一。碳纳米管（CNTs）在增强聚合物材料方面非常有效，但是未知它们是否会降低膜的气体分离性能。Cong等人47以溴化聚（2,6-二苯基-1,4-苯氧）（BPPO_（dp）为例，与相应的纯聚合物膜相比，复合膜的CO2渗透性提高，但CO2 / N2的选择性相似。CO2渗透性随CNT含量的增加而增加，在SWNTs的9 wt时达到最大值155 Barrer，在MWNTs的5 wt时达到148 Barrer。 CO2 / N2分离性能对MWNT直径或长度不敏感。

40、羧酸官能化的单壁碳纳米管（COOH-SWNTs）更均匀地分散在BPPO_（dp）中，既不增加气体渗透率也不降低气体分离性能。Kim48等人制造了纳米复合膜，该膜由嵌入聚（酰亚胺硅氧烷）共聚物中的单壁碳纳米管组成，并评估了其传输性能。尽管硅氧烷链段增强了界面接触，但是聚酰亚胺组分赋予了机械完整性。使用芳族二酐，芳族二胺和胺封端的PDMS作为硅氧烷嵌段，可以合成聚酰亚胺硅氧烷。He的渗透率测量结果显示，随着封闭式CNTs的添加，He的渗透率下降。 He的磁导率大幅度下降表明该共聚物与CNT的粘附性很好。但是，O2，N2和CH4的渗透性与聚合物基体中开放式CNT的数量成正比。这表明碳纳米管提供了一种

41、吸引人的添加剂，可普遍提高气体渗透率。展示了一种用于制造和表征包含垂直排列的单壁碳纳米管的纳米复合膜的综合方法。 Surapathi等人49制备涉及碳纳米管的流体动力学自组装，然后将定向的CNT封装在原位聚合的聚丙烯酸酯基体中。 通过等离子体蚀刻去除聚合物膜的顶表面以暴露碳纳米管尖端，从而导致快速的气体传输速率。 因为该制备方法可能可扩展至工业尺寸的膜，所以它为制造单壁碳纳米管膜平台提供了一种有吸引力的方法。结 论膜分离技术是指用天然或人工合成的薄膜，以外界能量或者化学位移为推动力，对双组分或多组分液体或气体进行分离、提纯或富集，被公认为是21世纪最有发展前景的高新技术之一。超滤作为膜分离技术

42、中的一种，是以压力差为驱动力的物理分离过程，近年来得到了迅速的发展。本文采用文献综述的方法对超滤膜技术的起源、技术原理、优点以及碳纳米管对超滤膜改性后的性能提升和应用进行了综述。由于碳纳米管与无机或有机化合物混合制得超滤膜可应用于气体分离和水体净化。致 谢我要感谢一些为我完成这个论文工作提供了大量帮助的人。首先，我很感谢我的导师帮助我处理论文中涉及的困难和相当复杂的问题。从论文的选题到论文的定稿，导师给予了很大的帮助。此外，我要感谢论文评审专家，感谢各位尊敬的教授对我的论文中的不足给予意见。同时，我要对我的家人表示感谢，感谢他们二十多年的养育，感谢他们在生活和为人处世上的教育。参考文献1 Ii

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