不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H2O/HDO

编号：CYYJ04289

篇名：不同尺寸单层氧化石墨烯用于膜蒸馏分离H2O/HDO

作者：孙大鹏 张鑫 陈闽 杨昊崴 张国书 徐赐刚

关键词： 膜蒸馏 单层氧化石墨烯 复合膜 H2O/HDO分离 氚化水

机构： 中国工程物理研究院材料研究所 东华理工大学核科学与工程学院

摘要： 核电站运行产生的放射性氚化水(HTO)的处理涉及到H2O/HTO分离难题。实验室研究常把无放射性H2O/HDO(氘化水)分离作为研究模型来代替H2O/HTO分离。近年来,基于多层氧化石墨烯(graphene oxide,GO)膜的膜蒸馏分离工艺显示出较好的H2O/HDO分离效果,但进一步提高分离性能仍需开发新型膜材料或结构。本工作采用不同横向尺寸单层GO制备聚四氟乙烯(PTFE)支撑的氧化石墨烯复合膜用于研究膜蒸馏分离H2O/HDO:(1)选用两种不同横向尺寸的单层GO研究GO横向尺寸对膜的H2O/HDO分离性能影响,基于横向尺寸较小GO膜的渗透通量和分离因子分别可达0.944 L/(m2·h)和1.043,整体分离性能比基于横向尺寸较大GO膜高;(2)为结合不同横向尺寸单层GO的结构特点,把不同横向尺寸单层GO混合制备复合膜,当两种石墨烯质量比例为1∶1时,所得GO复合膜的渗透通量可达0.806 L/(m2·h),比基于横向尺寸较大GO复合膜的渗透通量高,而两者分离因子相近;(3)对横向尺寸较大GO进行刻蚀处理,可提高膜蒸馏分离H2O/HDO性能。结果表明:单层氧化石墨烯的横向尺寸可影响膜蒸馏分离H2O/HDO性能;基于横向尺寸较小单层氧化石墨烯或混合不同横向尺寸单层氧化石墨烯制备的膜具有较好的膜蒸馏分离H2O/HDO性能;并且刻蚀处理横向尺寸较大GO也可提高膜蒸馏分离H2O/HDO性能。因此,本工作可指导后续发展新型膜材料或膜结构以实现H2O/HDO分离效果更好的膜蒸馏工艺,为含HTO的放射性废水处理问题提供解决方案。