包含石墨烯的膜的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 该说明书涉及过滤膜，例如可用于反渗透、纳滤或超滤的膜，以及制造它们的方 法。
[0002] 发明背景 石墨是一种矿物，而且是碳的同素异形体。石墨烯为sp2_键合的碳原子的平面单层。 石墨烯可通过剥离石墨形成并往往象征性地描述为石墨的单分离层。石墨烯趋向于结构上 不稳定。然而，具有一些连接在边缘的官能团的碳平面单层更为稳定且在一些背景中仍被 称为石墨稀。
[0003] 氧化石墨，也称为石墨氧化物，是通过将石墨暴露于氧化剂获得的不同比例的碳、 氧和氢的结晶化合物。氧化石墨烯（GO)为可通过剥离石墨氧化物形成的石墨氧化物的平 面单层形式。可通过还原氧化石墨烯形成石墨烯。因此，作为剥离石墨的备选，可通过从石 墨到石墨氧化物到氧化石墨稀到石墨稀的转化来形成石墨稀。通过该途径制备的石墨稀趋 向于具有许多残余非碳原子，并往往称为还原的氧化石墨烯（rGO)，以将它区分于更接近纯 的石墨烯或所谓的原始石墨烯。
[0004] 美国专利3457171描述将石墨氧化物颗粒的稀释悬浮液用于制造脱盐膜。所述悬 浮液沉积于多孔基材上并形成厚度小于25微米的膜，例如厚度为约0. 25微米。在更厚的 膜的情况下，甚至在非常高的压力下也不会有水流通过所述膜。可通过加入结合剂强化石 墨氧化物膜。在实例中，将包含聚乙烯树脂的混合物和交联剂倾倒在潮湿的石墨氧化物床 上，所述潮湿的氧化物床先前已经沉积在吸滤器支撑的滤纸盘的表面上。将产生的结构干 燥、烘烤、浸入清水并随后用于反渗透压力池。
[0005] 美国专利申请公开序号2010/0105834描述由碳纳米管生产石墨稀纳米带的方 法。所述方法包括将纳米管与氧化剂反应，以纵向地打开纳米管来形成扁平的石墨烯带。该 公开说明，可通过多孔膜将至少一种溶剂中的石墨烯纳米带的分散体过滤，以形成多孔的 选择性垫。
[0006] 美国专利申请公开序号2012/0048804描述通过激光钻孔或选择性氧化使石墨烯 片穿孔。单层石墨烯片可具有形成的尺寸使水分子通过但截留盐离子的穿孔。将穿孔的石 墨烯片应用于背衬结构，以形成脱盐膜。
[0007] 引言 在该说明书中，词语石墨烯化合物包括石墨烯、氧化石墨烯（GO)和还原的氧化石墨烯 (rGO)以及进一步官能化的它们的变体。该说明书描述包含一种或多种石墨烯化合物配置 的固-液分离膜。该膜可以是例如反渗透、纳滤、超滤或微滤膜。
[0008] 将石墨烯化合物以薄片（或称为微晶或粉末或颗粒或片层）沉积物的形式用于层 中。薄片基本上可自身形成层，或可将薄片嵌入另一种化合物的层的表面，或可将薄片分散 在另一种化合物的层中。在一些情况中，薄片起选择性膜的作用。在其它情况中，薄片通过 例如使膜更亲水来改变膜的性质。在其它情况中，薄片起膜层之间的结合剂的作用。
[0009] 在一种将薄片沉积在层中的方法中，将薄片分散在水、含水溶液或溶剂中。可通过 例如喷涂、棒涂或过滤沉积将分散体施用于基材。在沉积薄片的另一种方法中，将薄片在另 一种化合物完全固化之前施用于该化合物表面。在沉积薄片的另一个方法中，将薄片分散 在随后固化形成层的化合物中。
[0010] 附图简述 图1为具有支撑膜层和障碍膜层的膜的示意截面图，其中所述障碍膜层具有嵌入的石 墨烯化合物。
[0011] 图2为具有支撑膜层和障碍膜层的膜的示意截面图，其中所述支撑膜层和所述障 碍膜层两者的表面均具有嵌入的石墨烯化合物。
[0012] 图3为具有支撑膜层、障碍膜层和具有嵌入聚合物的石墨烯化合物的层的膜的示 意截面图。
[0013] 图4为具有支撑膜层和主要由一种或多种石墨烯化合物制成的障碍层的膜的示 意截面图。
[0014] 图5为具有支撑膜层和主要由一种或多种石墨烯化合物制成的障碍层的膜的示 意截面图，其中所述支撑层的表面具有嵌入的石墨烯化合物。
[0015] 图6为具有嵌入的石墨烯化合物的整体膜的示意截面图。
[0016] 图7为整体膜的示意截面图，所述整体膜具有嵌入在其表面中的石墨烯化合物。
[0017] 发明详述 原始石墨烯为sp2_键合的碳原子的平面单层。然而，石墨烯趋向于不稳定，除非它具 有一些连接在边缘的官能团。词语石墨烯将用于该说明书，以包括按以下方式产生的结构： 在单独的官能化步骤中固有地形成连接在边缘的官能团或提供连接在边缘的官能团。词语 石墨烯化合物将用于包括石墨烯和类似的结构，例如氧化石墨烯（GO)和还原的氧化石墨 烯（rGO)，它们还可在它们的基面中具有官能团，以及石墨烯、GO和rGO的进一步官能化的 变体。石墨烯化合物还可具有一个或多个（例如1-10或1-4)层的碳原子，而非严格地受 限于单层结构。然而，即使是石墨烯化合物多层薄片也一般具有大于它们厚度的长度和宽 度尺寸。所述薄片为小颗粒，优选为微观颗粒。
[0018] 石墨烯化合物的薄片可直接由石墨合成或通过首先形成石墨氧化物来合成。在直 接法中，将石墨颗粒加入至液体。将该混合物超声处理以产生薄片。薄片优选为单层石墨 烯，然而，可包括至多4层作为用于制备膜的石墨烯。所述液体可为具有高表面张力的有机 溶剂，以防止薄片的再聚结。或者，所述液体可以是水-表面活性剂溶液。表面活性剂补偿 水和石墨烯之间的斥力。
[0019] 在备选的合成方法中，首先使石墨颗粒氧化，以产生石墨氧化物颗粒。可通过将石 墨暴露于浓酸和强氧化剂制备石墨氧化物。可通过将石墨颗粒暴露于硫酸（H2SO4)、尚猛酸 钾（KMnO4)和过氧化氢（H2O2)实施氧化。备选的氧化方法包括Staudenmaier法（使用硫 酸和发烟硝酸以及KClO3)、Hofmann法（使用硫酸、浓硝酸和KClO3)和Hummers和Offeman 法（使用硫酸、硝酸钠和高锰酸钾）。
[0020] 随后剥离石墨氧化物颗粒，以产生氧化石墨烯（G0)。优选地，通过超声处理石墨 氧化物颗粒的悬浮液剥离石墨氧化物颗粒。还可使用热或微波剥离。或者，可在碱中剥离 石墨氧化物，但产生的GO可能比超声处理的GO具有更多的结构或化学缺陷。GO优选为单 层，但是超声处理的石墨氧化物可具有2或至多4层，且仍认为是用于膜的G0。各个GO层 的厚度为约0. 9-1. 3nm。GO为亲水的，且一旦剥离便容易地分散于水中。
[0021] 在一个实例中，通过将2g石墨置于IL的圆底烧瓶中制备G0。将所述烧瓶保持在 冰浴中，同时向它加入50mL的浓硫酸。将7gKMnO4缓慢加入至该混合物，使得温度不超过 10°C。将产生的溶液搅拌经4小时，随后在35°C下加热2小时。向该混合物加入IOOmL的 去离子（DI)水。缓慢加入水，同时将烧瓶保持在冰浴中，以将溶液的温度保持在50°C以下。 用200mL的DI水进一步稀释产生的溶液并搅拌另外的2小时。然后，将4-5mL的30%H202 逐滴加入至溶液，直到停止冒泡。所产生的混合物为淡褐色。用约IL的5%HC1彻底洗涤该 混合物并离心。用DI水洗涤固体部分并再次离心。随后使用烧结过滤器用DI水再次洗涤 固体部分，直到洗水的PH接近6。在60°C下将产生的褐色固体在烘箱中干燥12小时。
[0022] 可将GO薄片不进一步改性而用于制备膜。或者，可将GO薄片还原以形成rGO或 石墨烯。可通过将将GO暴露于氢氧化钾（KOH)和肼（NH2NH2)