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进入二十一世纪，伴随着世界人口的增长和全球工业化进程的加快，能源与环境问题日益突出，特别是全球的水资源危机已经刻不容缓。随着近几十年材料科学的发展，各种新型的脱盐技术得到广泛的研究和关注，并且许多技术已经得到推广和应用。膜脱盐技术的出现弥补了传统脱盐技术的缺陷，降低了能耗，提高了脱盐效率。然而传统的聚合物膜，在不断的改进之后已经比较成熟，可继续改进的空间相对较少，若要进一步降低成本，提高膜材料的脱盐性能和水通量等参数，则需要寻求新的途径。有研究表明，石墨烯表面以及氧化石墨烯材料的疏水区域，能够使水分子几乎没有摩擦力的自由通过，理论上可以有效地降低脱盐过程所需要的压力，是非常有前景的膜材料。因此，深入地展开基于石墨烯和氧化石墨烯材料的新型膜脱盐技术的基础理论和实际应用研究，不仅有重要的科学价值，而且有着可预见的应用前景和现实意义。论文的主要研究内容如下: 1.可控性部分还原的氧化石墨烯膜的制备及其脱盐性能研究 本章工作，主要是研究如何制备还原程度均匀可控的的氧化石墨烯片层，并将所制备的氧化石墨烯片层进一步组装成氧化石墨烯复合膜。实验中，用改进的Hummer法制备了氧化石墨烯，并对所制备的氧化石墨烯进行了可控性的部分还原，用过滤的方法将石墨烯片层以层压板的形式铺在PVDF基底膜的表面，并通过一系列处理制备成稳定的氧化石墨烯膜。研究部分还原的氧化石墨烯复合膜在膜脱盐技术中的应用，并探讨了制备条件对膜脱盐性能的影响。在膜制备的过程中，引入了酯化交联反应，使得相邻的氧化石墨烯片层之间能够以化学键的形式连接到一起，从而有效地提高所制备的氧化石墨烯膜在水中的稳定性。对所制备的部分还原的氧化石墨烯膜的水通量和脱盐性能进行测试。 2.磺酸基修饰的氧化石墨烯膜的制备及其脱盐性能研究 研究发现，氧化石墨烯膜的片层间距的大小，对膜的水通量和脱盐性能有着重要的影响，单纯依靠氧化石墨烯片层上残留的羧基和羟基，不足以提供能够使片层保持恒定间距的有效支撑。在上一章工作中，发现测试过程中由于片层间支撑力度不够，疏水区域会在压力作用下叠合在一起，导致部分区域水分子也无法通过，通道作用降低，水通量和脱盐性能都受到影响。本章工作，通过磺化反应对所制备的氧化石墨烯进行改性，利用磺酸基对片层间距的支撑作用，调控片层间距，进一步改善氧化石墨烯膜的脱盐性能，以制备具有较高水通量和离子选择性的氧化石墨烯膜。并研究所制备的氧化石墨烯膜对不同阴阳离子价态比率的盐离子的脱除能力，其结果符合Donnan排斥效应。 3.二胺修饰的氧化石墨烯膜的制备及其脱盐性能研究 基于以上两章的研究结果，发现丁二酸与氧化石墨烯片层上的反应条件较为苛刻，需要加热的条件下酸催化才能够反应。为去除高温和强酸环境对氧化石墨烯性能的影响，本章工作采用能够快速与氧化石墨烯片层发生反应的丁二胺作为交联剂，研究丁二胺交联的氧化石墨烯膜的性能。利用第三章工作中的部分还原的方法制备了不同还原程度的氧化石墨烯溶液，通过将部分还原的氧化石墨烯溶液与丁二胺以一定的比例混合，并在压力作用下过滤到基底膜上，经过一定的处理后制备成膜。丁二胺交联的氧化石墨烯膜的脱盐性能相较于磺化的氧化石墨烯膜有进一步提高，在相对较低的压力下，保持较高的水通量和脱盐率。该研究为石墨烯基膜的制备及其在水处理领域的应用提供了技术基础。 4.有序介孔炭/聚苯胺复合电极的制备及其电化学性能研究 本章工作，以SBA-15为模板，结合原位聚合的方法，制备具有丰富孔介结构的介孔炭/聚苯胺复合电极材料。通常单纯的导电聚合物为无孔材料，导电聚合物与电解液的接触面积很小，从而影响聚合物电容器的能量和功率的输出。本研究是利用碳化过程中模板与碳材料之间的空隙，填充苯胺单体，再次利用模板的限域作用，原位聚合反应后去除模板，从而提高了导电聚苯胺与电解液之间的有效接触面积。实验中所采用的原位聚合的方法，可以避免普通的溶液聚合的方法中，常常发生的对炭材料孔结构的堵塞和大块无孔聚苯胺的生成。利用具有丰富介孔结构的有序介孔炭作为支撑体和导电骨架，从而有效提高聚苯胺的比表面积，结合导电聚苯胺的高单位表面积比电容，得到具有高比能量和高比功率的新型介孔炭/聚苯胺复合电极材料。通常具有较高比电容的电极材料，在用作电脱盐时，能够具有较高的脱盐容量，预期所制备的介孔炭/聚苯胺复合电极，在酸性的废液中，具有较高的脱盐率。