[发明专利]用于水处理的装置和方法

说明书

一种水可渗透的装置。所述装置具有支撑层和水可渗透膜。所述水可渗透膜包括石墨烯片层，所述石墨烯片层被排列以在所述石墨烯片层之间形成层间疏水通道。所述层间疏水通道能够与水渗透方向一致。还公开了用于水处理的系统和方法。

技术领域

本申请总体上涉及用于水处理的装置和系统，并且更具体地，涉及石墨结构或石墨烯三维阵列结构以及相关的水过滤膜、装置和制造方法。

背景技术

由于水短缺是人类面临的最严重的全球挑战之一，海水淡化作为一项重要技术受到了关注。通常，海水淡化可以通过蒸发(或热蒸馏)或反渗透(RO)来完成。但是，这两种技术都需要高能耗才能运行。例如，反渗透使用半透膜从饮用水中去除分子和离子，通过施加压力来克服渗透压。典型的反渗透工厂要消耗1.5至2.5千瓦时(kWh)的电力，才能从海水中产生1立方米的淡水。在热蒸馏中，能耗高达此量的10倍。常规半透膜可以有效去除杂质如离子，但通常具有差的渗透性。淡水处理需要开发高渗透性的膜。

发明内容

公开了用于水处理的装置和系统。一方面，公开了一种水可渗透装置，包括：支撑层；以及水可渗透膜，所述水可渗透膜包括石墨烯片层，所述石墨烯片层被排列以在所述石墨烯片层之间形成层间疏水通道，其中，所述层间疏水通道能够与所述水渗透方向一致。

在一些实施例中，所述石墨烯片层具有至少约0.1°、约0.5°、约1°、约2°、约5°、约10°、约15°或约20°的平均角展度。在一些实施例中，所述石墨烯片层具有至多约0.1°、约0.5°、约1°、约2°、约5°、约10°、约15°或约20°的平均角展度。在一些实施例中，所述石墨烯片层具有约0.1°至约20°的平均角展度。在一些实施例中，所述石墨烯片层具有约0.1°至约0.5°、约0.1°至约1°、约0.1°至约2°、约0.1°至约5°、约0.1°至约10°、约0.1°至约15°、约0.1°至约20°、约0.5°至约1°、约0.5°至约2°、约0.5°至约5°、约0.5°至约10°、约0.5°至约15°、约0.5°至约20°、约1°至约2°、约1°至约5°、约1°至约10°、约1°至约15°、约1°至约20°、约2°至约5°、约2°至约10°、约2°至约15°、约2°至约20°、约5°至约10°、约5°至约15°、约5°至约20°、约10°至约15°、约10°至约20°或约15°至约20°的平均角展度。在一些实施例中，所述石墨烯片层具有约0.1°、约0.5°、约1°、约2°、约5°、约10°、约15°或约20°的平均角展度。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均角展度小于10°。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均角展度小于1°。

在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为至少约0.1μm、约0.2μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm或约20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为至多约0.1μm、约0.2μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm或约20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为约0.1μm至约20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为约0.1μm至约0.2μm、约0.1μm至约0.5μm、约0.1μm至约1μm、约0.1μm至约2μm、约0.1μm至约5μm、约0.1μm至约10μm、约0.1μm至约20μm、约0.2μm至约0.5μm、约0.2μm至约1μm、约0.2μm至约2μm、约0.2μm至约5μm、约0.2μm至约10μm、约0.2μm至约20μm、约0.5μm至约1μm、约0.5μm至约2μm、约0.5μm至约5μm、约0.5μm至约10μm、约0.5μm至约20μm、约1μm至约2μm、约1μm至约5μm、约1μm至约10μm、约1μm至约20μm、约2μm至约5μm、约2μm至约10μm、约2μm至约20μm、约5μm至约10μm、约5μm至约20μm或约10μm至约20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为约0.1μm、约0.2μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm或约20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸小于20μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸小于5μm。在一些实施例中，所述石墨烯片层的平均尺寸为约1μm。