[发明专利]选择性渗透的氧化石墨烯膜

说明书

本文描述了基于石墨烯和聚乙烯醇的多层复合膜，其提供对溶质穿过该膜的选择性阻力，同时提供透水性。本文还描述了包含交联的石墨烯与聚乙烯醇和添加剂的选择性渗透膜，其提供增强的盐水分离性；还描述了制备所述膜的方法以及使用所述膜进行脱水或从水中除去溶质的方法。

发明人：郑世俊、山代祐司、北原勇、林伟平、约翰·埃里克森、欧泽尔·史迪奇、谢宛芸、王鹏、克雷格·罗杰·巴特尔斯、小泓诚、能见俊祐和望月周

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月1日递交的美国临时申请62/465,650的权益，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的实施方式涉及聚合物膜，包括包含石墨烯材料的膜，用于诸如水处理、盐水脱盐或除水等应用。

背景技术

由于人口和水消耗的增加以及地球上有限的淡水资源，用于提供安全淡水的技术(诸如海水脱盐和水处理/再循环)变得对我们的社会更加重要。使用反渗透(RO)膜的脱盐方法是从盐水生产淡水的主要技术。大部分目前的商业RO膜采用薄膜复合材料(TFC)构造，所述构造由在微孔基材上的薄芳族聚酰胺选择性层(通常是在非织造聚酯上的聚砜膜)组成。虽然这些RO膜可以提供优异的截盐率和较高的水通量，但仍然期望更薄、更亲水的膜以进一步改善RO工艺的能量效率。因此，特别需要新的膜材料和合成方法以实现上文所描述的期望的性能。

发明概述

一些实施方式包括选择性渗透膜(例如透水性膜)，其包含：多孔支撑体；和涂布在支撑体上的复合材料，其中复合材料是通过使混合物反应形成共价键来形成的，其中混合物包含：氧化石墨烯化合物，聚乙烯醇，以及包含CaCl₂、硼酸盐、任选取代的对苯二甲酸或二氧化硅纳米颗粒的添加剂；其中该膜是透水性的并且足够坚固以在控制水流过该膜的同时承受每平方英寸50磅的水压。

一些实施方式包括制备透水性膜的方法，其包括：通过在90℃至150℃的温度下加热支撑体1分钟至5小时，使涂布有水性混合物的支撑体固化；其中水性混合物含有氧化石墨烯材料、聚乙烯醇和添加剂混合物；并且经涂布的支撑体具有50nm至500nm的厚度。

一些实施方式包括从未经处理的溶液中除去溶质的方法，其包括将未经处理的溶液暴露于本文中所描述的选择性渗透膜(例如透水性膜)。

附图简要说明

图1示出了膜的一种可能的实施方式。

图2示出了膜的另一种可能的实施方式。

图3示出了膜的另一种可能的实施方式。

图4示出了膜的另一种可能的实施方式。

图5示出了制备膜的方法的一种可能的实施方式。

图6示出了250微米厚的膜实施方式的SEM数据，示出了基材、GO-MPD层和截盐层。

图7示出了300微米厚的膜实施方式的SEM数据，示出了基材、GO-MPD层和截盐层。

图8示出了350微米厚的膜实施方式的SEM数据，示出了基材、GO-MPD层和截盐层。

图9是描绘水蒸气渗透性和气体泄漏试验的实验装置的图。

发明详述

综述