[发明专利]用于脱水的选择性渗透的氧化石墨烯/聚乙烯醇膜

说明书

本文描述了基于石墨烯材料(例如氧化石墨烯)和聚合物的选择性渗透元件，其提供极性分子和非极性分子例如流体、气体或蒸汽之间的选择性渗透。还描述了用于制造这些选择性渗透元件的方法和相关装置。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月10日递交的美国临时申请62/216,938和2016年2月5日递交的美国临时申请62/292,136的权益。

领域

本发明的实施方式涉及聚合物膜，并提供了用于从空气或其他气流中除去水或水蒸气(water vapor)的包括石墨烯材料的膜。

背景

空气中高湿度水平的存在可通过促进霉菌、真菌以及尘螨的生长而导致严重的健康问题。在制造和存储设施中，高湿度环境可加速产品降解、粉末结块、种子萌发、腐蚀以及化学、制药、食品和电子行业中的其他不期望的效果。使空气脱水的常规方法是使湿空气通过吸湿剂，例如乙二醇、硅胶、分子筛、氯化钙和五氧化二磷。该方法具有缺点，因为它需要周期性地更换或再生干燥剂，这使得脱水过程成本高且耗时。使空气脱水的另一种方法是低温方法，其包括压缩和冷却湿空气以冷凝水分，然后除去水分。但是，这种方法耗能高。

概述

本发明的实施方式(包括通过氧化石墨烯(GO)交联的PVA膜)可以减少水膨胀，并相对于纯(neat)PVA膜改善H₂O/O₂选择性。一些实施方式可以提供相对于传统PVA膜得到改善的脱水膜。本发明的实施方式包括选择性渗透元件，其可用于其中可能期望将非极性气体渗透率最小化同时使极性流体或水蒸气能够通过的应用。

一些实施方式包括选择性渗透膜，例如脱水膜，其包含：支撑物；包含石墨烯化合物(例如氧化石墨烯化合物)和聚合物(例如聚乙烯醇)的复合材料；其中所述复合材料涂布在所述支撑物上。在一些实施方式中，所述膜具有高透湿性和低透气性。

一些实施方式包括从气体混合物中分离特定气体或使气体脱水的方法，所述方法包括：跨越所述选择性渗透膜(例如脱水膜)施加压力梯度以使特定气体(例如水蒸气)选择性地通过脱水膜，其中所述第一气体向所述膜的第一侧施加的压力高于第二气体向所述膜的第二侧施加的压力，使得特定气体(例如水蒸气)通过所述脱水膜从所述第一气体进入所述第二气体。

一些实施方式包括用于从气体混合物中分离特定气体(例如水蒸气)的装置，所述装置包含选择性渗透膜(例如脱水膜)，其中所述选择性渗透膜(例如脱水膜)还包含与所述膜的第二侧相对布置的所述膜的第一侧；和腔室，其被配置为容纳具有待除去的特定气体(例如水蒸气)的气体，其中所述腔室与所述脱水膜的第一侧流体连通；其中所述装置被配置为使得，当所述装置在使用中时，所述选择性渗透膜的第一侧所处的压力高于所述选择性渗透膜的第二侧所处的压力。

一些实施方式包括制造选择性渗透膜(例如透湿膜)的方法，所述方法包括：在水性混合物中混合聚合物(例如聚乙烯醇)和石墨烯化合物(例如氧化石墨烯化合物)。

附图简介

图1是可用于分离或脱水应用中的纳米复合材料阻隔装置的可能实施方式的描述。

图2是含有选择性渗透膜的装置的实施方式的描述。

详细说明