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摘 要

目前市场上速溶茶的有效成分的提取还是采用传统的分离方法，而分离膜技术的日益发展则为速溶茶粉的提取提供了一个全新的研究方向。

本文以PVDF膜为底膜，单壁碳纳米管和聚二甲基硅氧烷为原料制备出SWNTs/PDMS杂化膜，探究了SWNTs添加量分别为0wt%、0.5wt%、1wt%、3wt%和5wt%的杂化膜的性能，以扫描电镜仪、拉曼光谱仪等对制备的杂化膜进行了表征，发现添加量为3wt%时，杂化膜具有良好的形貌结构，成膜的碳纳米管结晶度高、纯度高。对其进行了接触角的测试，膜具有好的疏水性。将制备好的杂化膜进行了乙醇-水二元体系(乙醇质量分数为5％)的渗透汽化分离实验，数据表明SWNTs添加量为3wt%时制备的杂化膜对乙醇的分离性能最好，分离因子为5.63。本文为速溶茶市场提供了很好的分离方案。

关键词：单壁碳纳米管；渗透汽化；SWNTs/PDMS杂化膜；分离

Preparation, Characterization and Performance Testing of SWNTs/PDMS Hybrid Membrane

Abstract

Currently the extraction of active ingredients from instant tea is still using traditional separation methods, and the increasing development of separation membrane technology provides a new research direction for the extraction of instant tea powder.

In this paper, SWNTs/PDMS hybrid membranes were prepared using PVDF membrane as the base film, single-walled carbon nanotubes and polydimethylsiloxane as raw materials. The amount of SWNTs added was 0wt%, 0.5wt%, 1wt%, 3wt respectively. The prepared hybrid films were characterized by scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy. The results showed that the hybrid films had good morphology and film formation when added at 3wt%. The carbon nanotubes have high crystallinity and high purity. It was tested for contact angle and the film had good hydrophobicity. The prepared hybrid membrane was subjected to a pervaporation separation experiment with an ethanol-water binary system (ethanol mass fraction 5%). The data showed that the hybrid membrane prepared with 3wt% SWNTs had the best separation performance for ethanol. The separation factor is 5.63. This article provides a good separation program for the instant tea market.

Key Words: SWNT；Pervaporation；SWNTs/PDMS composite membrane；

Separation

目录

摘要 II

Abstract III

第一章 文献综述 1

1.1 SWNTs的概述 1

1.1.1SWNTs的简介 1

1.1.2 SWNTs的制备 1

1.1.3 SWNTs的应用 1

1.2 CNT/PDMS复合膜的概述 2

1.2.1渗透汽化复合膜的简介 2

1.2.2 有机-无机复合膜的制备 2

1.3渗透汽化技术的概述 3

1.4速溶茶的概述 5

1.5本文的研究目的、意义及主要内容 6

第二章 实验材料与方法 8

2.1实验物品 8

2.1.1试剂 8

2.1.2仪器 8

2.2实验方法 9

2.2.1SWNTs/PDMS杂化膜的制备 9

2.2.2杂化膜的表征 10

1.表面形貌表征 10

2.接触角测定 10

3.拉曼光谱测定 10

4.X-射线衍射 10

2.2.3渗透汽化实验装置 10

2.2.4 渗透汽化的计算 11

2.2.5 乙醇-水体系渗透汽化性能 11

第三章 结果与讨论 12

3.1SWNTs/PVDF复合膜的结构表征 12

3.1.1扫描电子显微镜及透射电子显微镜 12

3.1.2接触角 12

3.1.3拉曼光谱分析 13

3.1.4 X射线衍射分析 14

3.2乙醇水体系的渗透汽化性能测试 15

第四章 结论与展望 17

4.1结论 17

4.2展望 17

参考文献 18

致谢 22

文献综述

1.1 SWNTs的概述

1.1.1SWNTs的简介

1991年碳纳米管（CNTS）首次被Iijima教授在石墨电弧放电的产物中发现^[1]。从结构上看，碳纳米管酷似无缝的圆筒；从元素组成上看，碳纳米管是由石墨烯片层卷曲形成的一维纳米材料。碳纳米管的分类标准很多：结构特性、碳六边形沿轴向的不同取向、导电性质等，按石墨烯片层可分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)，目前常见的SWNTs的管径是0.75nm~5nm、长度为1~50μm^[2]。

1.1.2 SWNTs的制备

目前制备单壁碳纳米管的主要方法有：电弧放电法（产物有富勒烯、无定形碳、单壁和多壁碳纳米管）、激光蒸发法（产物为绳索状单壁碳纳米管）和化学气相沉淀法（根据条件不同产物不一样）^[3]；这些合成方法的对于单壁碳纳米管的参数控制各不相同：有的是控制单壁碳纳米管的直径、有的控制管长；但相通的是碳源和催化剂的选择基本上不变即：碳源一般选择有机气体或石墨，催化剂为Fe或Ni等金属催化剂。

1.1.3 SWNTs的应用

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