申请日2014.12.10
公开(公告)日2016.09.21
IPC分类号B01D71/00; B01D67/00; B01D69/00
摘要
本发明大体上提供了形成膜的方法。在一个实施例中，该方法包括：将GO纳米颗粒分散于溶剂中;将GO纳米颗粒沉积于载体上形成GO膜，及将GO膜还原形成rGO膜。也提供了由该方法形成的rGO膜，及多个堆叠的rGO层。还提供了从水/油乳液中分离水的方法，例如，将水通过rGO膜。
摘要附图
权利要求书
1.一种形成膜的方法，所述方法包括：
将GO纳米颗粒分散于溶剂中;
将GO纳米颗粒沉积于载体上形成GO膜;及
将GO膜还原形成rGO膜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述溶剂是去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述载体包括氧化铝。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述载体包括阳极氧化铝多孔载体。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述载体限定了具有平均尺寸为大约0.3nm至大约20nm的孔。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述GO膜在载体上具有的平均厚度是大约2nm至大约5nm。
7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中将GO膜还原形成rGO膜包括：在真空中，加热GO膜至还原温度。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中将GO膜还原形成rGO膜包括：在大约1托至大约5托的真空度下，加热GO膜至还原温度。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述还原温度是大约200℃至大约250℃。
10.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中将GO膜还原形成rGO膜包括：在氢气存在下，加热GO膜至还原温度。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述还原温度是大约150℃至大约240℃。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，进一步包括：采用具有大约400nm至大约10nm的波长的电磁辐射照射rGO膜。
13.由前述任一项权利要求所述的方法形成的rGO膜。
14.从水/油乳液中分离水的方法，所述方法包括：将水通过权利要求13所述的rGO膜。
说明书
用于水处理的超薄石墨烯基膜及其形成方法和用途
优先权信息
本申请要求了Miao Yu(于淼)于2013年12月10日提交的美国临时专利申请序列号61/914,011，名称为“Ultrathin,Graphene-Based Membranes for Water Treatment andMethods of Their Formation and Use”(用于水处理的超薄石墨烯基膜及其形成方法和用途)的优先权，其以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明大致涉及形成具有可调孔径的超薄石墨烯基膜的方法。所得的超薄石墨烯基膜特别适用于高效的水处理。
背景技术
对于许多工业生产过程和我们的日常生活来说，清洁的水很重要。石油工业产生大量的含有高浓度的石油的废水，包括石油钻井、天然气生产以及炼化废水过程中带至表面的采出水。采出水在石油工业的废水中占有最大的比例，且含有各种不同的污染物，包括盐、重金属、石油、悬浮固体颗粒、溶解的有机物和少量的用于钻井的化学添加剂，而且其成分在不同油井和不同时间会发生改变。根据它的用途，采出水需要不同级别的处理，以确保它其在石油和天然气钻井作业中的重复利用和循环，操作之外的有益的重复利用，以及表面排放。然而，无论是陆地处理或作为工艺用水重复利用或离岸排放入海，实际上采出水内的几乎所有石油和油脂污染物必须清除掉。炼化废水，其构成了另一个大的废水流，由于其有限的生物降解性，甚至在传统废水处理后，仍含有烃类物质，因此还需要进一步处理以去除剩余的烃类，以排放或重复利用。水力旋流器和溶气浮选法已经被用于快速、有效地去除大部分游离油滴，但是该处理过的水的质量不够高，不能排放或重复利用。膜过滤是一项非常有前景的技术，用于进一步处理含有低浓度的石油的产出水，以获得几乎不含油的水。
由于具有高能效、低成本及操作和维护的简易，膜技术(如，超滤和纳滤)广泛应用于水净化。孔径大小从几至100nm的超滤膜都适用于油/水分离，并且已被用于从油/水混合物中去除基本上所有的乳化油。膜材料的表面性质在测定油/水分离性能中也起了重要的作用。各种材料，如陶瓷(Al2O3、ZrO2、TiO2、SiO2等)、聚合物和碳纳米管，已被用于制备油/水分离的超滤膜;根据材料疏水性和亲水性，可以从油/水混合物中提取油或水。然而，采用亲水性超滤膜从石油中选择性地提取水以避免严重的膜污染问题更为实用，如下文所讨论的，因为油越重、越粘，则预计会越快引起污染。
理想的用于油/水分离的膜应具备：i)高的水通量，ii)对油的高截留率，iii)通量和截留率的长期稳定性，iv)优良的机械稳定性、化学稳定性和热稳定性;v)易于加工成大型膜和膜组件，和vi)低成本。目前，对于许多商用超滤膜而言，长期的膜稳定性和膜污染是一个严重的问题，抑制它们在油/水分离中的广泛应用;当接触油/水乳液时，它们通常经历大量的不可逆转的通量下降。这两种类型的膜污染通常发生在超滤中：表面和内部。表面污染是由污染物在膜表面沉积引起的，高速表面冲洗可以去除表面污染物及恢复膜的性能。内部污染是由微粒渗透到膜内部引起孔隙阻塞而引起的;渗透的微粒很难被移除，通常会导致永久的膜性能损失。对于现有的超滤膜材料和结构(三维孔隙结构和相对厚的膜厚度)，膜污染似乎很难得到解决。
使用膜技术的混合分离可以大大降低工业过程中的能源成本。该技术的核心是具有高通量的高选择性膜。石墨烯(单层的石墨)被认为是理想的膜材料，因为它是极薄的，因此可以提供高渗透通量。然而，目前没有技术可用于制造可以高选择性分离混合物的超薄(<5nm)石墨烯基膜。
发明内容
本发明的目的和优点将在下文的说明书进行陈述，或从说明书中是显而易见的，或者可以通过本发明的实施方式了解。
大体上提供了形成膜的方法。在一个实施例中，该方法包括：将GO纳米颗粒分散在溶剂中;将GO纳米颗粒沉积在载体上形成GO膜;还原GO膜形成rGO膜。还提供了由该方法形成的rGO膜，以及多个堆叠的rGO层。也提供了用于从水/油乳液中分离水的方法，例如，将水通过rGO膜。
本发明的其它特性和方面都在下文进行更详细的讨论。
