[发明专利]一种石墨炔复合过滤膜及其制备方法和用途

说明书

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种石墨炔复合过滤膜及其制备方法和用途。一种石墨炔复合过滤膜的制备方法，多炔类化合物与表面含有铜的多孔材料在溶剂中通过偶联反应得到所述石墨炔复合过滤膜。本发明得到的石墨炔复合过滤膜能够对海水中的水分子和钾离子、钠离子、镁离子、钙离子、氯离子和硫酸根离子进行选择性过滤，即允许水分子通过而不允许钾离子、钠离子、镁离子、钙离子、氯离子和硫酸根离子通过。本发明制备石墨炔复合过滤膜的方法操作简单、能耗低，可直接在表面含有铜的多孔材料的表面生长出疏水性的石墨炔层，从而实现海水淡化。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种石墨炔复合过滤膜及其制备方 法和用途。

背景技术

世界上淡水资源不足，得到人们越来越多的关注。作为一种淡水供应的手段， 海水淡化成为解决水源危机的重要方法。常见的海水淡化技术主要分为两类：蒸 馏法和膜分离法。蒸馏法需要较高的能耗，而膜分离能耗低、投资少，需要高脱 盐率和高的淡水通量。大多数脱盐工艺采用反渗透法，膜蒸馏和正渗透与可再生 能源结合的潜力，近年来也引起了广泛关注。在所有膜分离中，保证高脱盐率的 情况下，提高淡水通量是膜分离在海水淡化中的重要挑战。

用于反渗透和正渗透脱盐工艺的聚合物膜通过溶解扩散机制作用，因此聚合 物膜比较致密；而用于膜蒸馏的是微孔膜，疏水微孔膜通过努森扩散传递水蒸气 并且阻止液体通过。但是由于聚合物膜结构致密，导致渗透通量较低，水蒸气传 输密度受限。最近研究表明，水可以通过水通道蛋白(J.Am.Chem.Soc，2012， 134，18631-18637)和碳纳米管(Small，2007，3，1996-2004)进行高速传输。 大量模拟研究表明，如果管径小于1.1nm，则可以通过分子筛分机制有效截留盐 离子。但是，管径和密封管间缝隙的有效控制仍然是膜制备的挑战。密封管间缝 隙常用的方法是混合基质膜，但是受到很多限制，例如可分配性差、加载速率低、 排列不当造成缺陷等。石墨烯和氧化石墨烯膜在气体和液体分离中表现出较大的 潜力，特别是利用环氧树脂包裹氧化石墨烯膜溶胀效应时，盐离子截留率达到 97％(Nat.Nanotech，2017，12，546-551)。

石墨炔是由sp²和sp杂化形成的一种新型碳同素异形体，由炔键将苯环共轭 连接形成二维平面网络结构，2010年中国科学院化学研究所李玉良课题组首次 报道了在铜箔表面大面积合成石墨双炔，开辟了人工化学合成碳同素异形体的先 例。石墨炔具有单原子厚度平面层、平面高度共轭、纳米级孔(0.25nm)、层间 距0.365nm左右，受到越来越多的关注和研究。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种石墨炔复合过滤 膜及其制备方法和用途，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明是通过以下技术方案获得的。

本发明的目的之一在于提供一种石墨炔复合过滤膜的制备方法，包括如下步 骤：

多炔类化合物与表面含有铜的多孔材料在溶剂中通过偶联反应得到所述石 墨炔复合过滤膜。

优选地，所述表面含有铜的多孔材料为多孔铜或表面覆盖有铜层的多孔陶瓷。

更优选地，所述多孔铜的孔径为1μm～10μm。

进一步优选地，所述多孔铜的孔径为1μm～5μm。

更优选地，所述多孔陶瓷的孔径为2nm～10nm。

进一步优选地，所述多孔陶瓷的孔径为2nm～6nm。

进一步优选地，所述多孔陶瓷的材质为氧化锆。

更进一步优选地，所述表面覆盖有铜层的多孔陶瓷的制备方法为：通过离子 溅射方法在多孔陶瓷表面镀铜。

具体地，所述溅射时间为5min～30min。