本实用新型专利技术涉及一种采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其包括：一第一容器，所述第一容器用于盛放待分离的液体或气体；一与所述第一容器连接的第二容器，所述第二容器用于收集分离后的液体或气体；以及一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤膜，从而使所述第一容器内的液体或气体可以沿着平行于所述过滤膜厚度的方向流向第二容器，其中，所述过滤膜包括多个层层堆叠设置的二维微纳米材料微片，相邻的二维微纳米材料微片之间定义多个微孔，且所述二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述过滤膜的厚度方向。由于这种结构的膜的二维微纳米材料微片层间形成多且短的通道，通道具有原子尺度光滑，可以实现低摩擦高速输运，本实用新型专利技术提供的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，具有高通量和低能耗的优点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于微纳米
，尤其涉及一种采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置。
技术介绍
传统滤膜依据其孔径的不同（或称为截留分子量），可将其分为微滤膜（MF，孔径0.02微米~10微米）、超滤膜（UF，孔径0.001微米~0.02微米）和反渗透膜（RO，孔径0.0001微米~0.001微米）等。目前，随着石墨烯、氧化石墨烯等二维微纳米材料微片的发现，采用二维微纳米材料微片制备过滤膜成为研究热点。2010年诺贝尔奖获得者安德烈·海姆研究组，在2012年science期刊上报道了采用旋涂方法制成亚微米厚度的层层堆积氧化石墨烯膜。研究发现，这种氧化石墨烯膜完全不透气体（包括氦气），水分子却可以在层间几乎无障碍的高速通过。这是由于氧化石墨烯的亲水性以及层间低摩擦原因所致。正是这种选择通过性使氧化石墨烯膜在水脱盐和气体分离领域有着广阔的应用前景。然而，沿着氧化石墨烯微片厚度方向过滤时，水分子需要“穿插迂回”，见图2a，导致氧化石墨烯膜通量减小和能量的耗散。因此，有必要提供一种高通量和低能耗的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置。
技术实现思路
本技术提供一种高通量和低能耗的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置。一种采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其包括：一第一容器，所述第一容器用于盛放待分离的液体或气体；一与所述第一容器连接的第二容器，所述第二容器用于收集分离后的液体或气体；以及一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤膜，从而使所述第一容器内的液体或气体可以沿着平行于石墨烯微片方向（所述过滤膜厚度的方向）流向第二容器，其中，所述过滤膜包括多个层层堆叠设置的二维微纳米材料微片，相邻的二维微纳米材料微片之间定义多个微孔，且所述二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述过滤膜的厚度方向。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述过滤膜的厚度为0.001微米~1000微米。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述二维微纳米材料微片的片间通过范德华作用，静电作用，氢键，配位键或共价键交联结合。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，相邻的二维微纳米材料微片之间的间距为0.1纳米~100纳米。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述二维微纳米材料微片为二维过渡态金属化合物和二维四五族元素材料及其衍生物中的一种或多种。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述二维微纳米材料微片为石墨烯微片、氧化石墨烯微片以及二硫化钼微片中的一种或多种。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述二维微纳米材料微片沿着该过滤膜厚度方向的尺寸等于该过滤膜的厚度。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，进一步包括一具有多个开孔的支撑体，所述过滤膜设置于该支撑体上。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述支撑体为一板材结构，且该支撑体的一表面具有一凹槽；所述过滤膜嵌入该凹槽中。如上所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其中，所述凹槽的深度等于所述过滤膜的厚度。相比目前的过滤装置，本装置层层堆叠的二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述过滤膜的厚度方向。由于这种结构的膜的二维微纳米材料微片层间形成多且短的通道，通道具有原子尺度光滑，可以实现低摩擦高速输运，具有高通量和低能耗的优点。附图说明图1为本技术实施例提供的过滤装置的结构示意图。图2为本技术实施例提供的过滤装置的过滤膜(2b)和现有技术的过滤膜(2a)的工作原理对比图。图3为本技术实施例基于斯托克斯方程推导过滤膜膜通量和压差关系的膜结构最小代表单元的结构示意图。图4为本技术实施例提供的过滤装置的支撑体的结构示意图。主要元件符号说明过滤装置10第一容器12第二容器14过滤膜16第一表面162第二表面164二维微纳米材料微片166微孔168支撑体17凹槽170开孔172流动方向18水分子19如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本技术。具体实施方式以下将结合上述附图和不同实施例说明本技术提供的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置。参见图1，本技术实施例提供的制备微纳米材料的膜材料的过滤装置10包括：一第一容器12、一第二容器14以及一过滤膜16。所述第一容器12用于盛放待分离的液体或气体。所述第二容器14与所述第一容器12连接。所述第二容器14用于收集分离后的液体或气体。所述第一容器12和第二容器14的形状、大小和结构不限，可以根据需要设计。所述第一容器12和第二容器14的材料可以为金属、陶瓷、玻璃、石英或聚合物等具有一定硬度和强度的材料。所述第二容器14可以与所述第一容器12间隔设置，或者也可以在所述第二容器14上设置一排气孔，从而在收集分离后的气体和液体的同时将所述第二容器14内的气体排出去。本实施例中，所述第一容器12和第二容器14均为长方体形玻璃容器。所述过滤膜16设置于所述第一容器12和第二容器14的连接处，从而使所述第一容器12内的液体或气体通过所述过滤膜16流向第二容器14。所述过滤膜16具有一第一表面162以及一与该第一表面162平行的第二表面164。所述过滤膜16的第一表面162与第二表面164之间的距离为其厚度。所述过滤膜16的厚度不限，可以为0.001微米~1000微米。本实施例中，所述过滤膜16的厚度为0.01微米~100微米。所述过滤膜16的厚度远远小于所述过滤膜16垂直于厚度方向的尺度。例如，所述过滤膜16的厚度为垂直于厚度方向的尺度的几十分之一，或者几百分之一。所述过滤膜16包括多个层层堆叠设置的二维微纳米材料微片166。所述二维微纳米材料微片166的厚度方向垂直于所述过滤膜16的厚度方向。本实施例中，所述过滤膜16的厚度方向平行于液体或气体的流动方向18。即，所述液体或气体沿着所述二维微纳米材料微片166的层间流动。相邻的二维微纳米材料微片166之间定义多个微孔168。相邻的二维微纳米材料微片166之间的间距可调控，可以为0.1纳米~100纳米。本实施例中，相邻的二维微纳米材料微片166之间的间距为1纳米~50纳米。所述二维微纳米材料微片166指的是厚度为纳米尺度，而其他维度为非纳米尺度的片状或层状材料。优选地，所述二维微纳米材料微片166的厚度为0.1纳米~10纳米，而其他维度的尺寸大于100纳米。所述二维微纳米材料微片166可以为二维过渡态金属化合物，二维四五族元素材料及其衍生物中的一种或多种。具体地，所述二维微纳米材料微片166可以为石墨烯微片、氧化石墨烯微片、二硫化钼微片中的一种或多种。所述二维微纳米材料微片166的尺寸和形状不限，可以根据需要选择。优选地，所述二维微纳米材料微片166沿着该过滤膜16厚度方向的尺寸等于该过滤膜16厚度。这样，沿着该过滤膜16厚度方向具有最短的通道。进一步，所述二维微纳米材料微片166的片间可以引入物理或化学交联。例如，引入高分子粘合，金属离子形成层间配位键交联，辐照形成层间共键交联。这些物理或化学交联可以增强所述二维微纳米材料微片166间的结合作用，调节微片166排布结构，使过滤膜16结构更加可控、稳定、耐用。所述过滤膜16可以通过旋涂，滴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其包括：一第一容器，所述第一容器用于盛放待分离的液体或气体；一与所述第一容器连接的第二容器，所述第二容器用于收集分离后的液体或气体；以及一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤膜，从而使所述第一容器内的液体或气体可以沿着垂直于所述过滤膜厚度的方向流向第二容器，其特征在于，所述过滤膜包括多个层层堆叠设置的二维微纳米材料微片，相邻的二维微纳米材料微片之间定义多个微孔，且所述二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述过滤膜的厚度方向。
【技术特征摘要】
1.一种采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其包括：一第一容器，所述第一容器用于盛放待分离的液体或气体；一与所述第一容器连接的第二容器，所述第二容器用于收集分离后的液体或气体；以及一设置于所述第一容器和第二容器连接处的过滤膜，从而使所述第一容器内的液体或气体可以沿着垂直于所述过滤膜厚度的方向流向第二容器，其特征在于，所述过滤膜包括多个层层堆叠设置的二维微纳米材料微片，相邻的二维微纳米材料微片之间定义多个微孔，且所述二维微纳米材料微片的厚度方向垂直于所述过滤膜的厚度方向。2.如权利要求1所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其特征在于，所述过滤膜的厚度为0.001微米~1000微米。3.如权利要求1所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其特征在于，所述二维微纳米材料微片的片间通过范德华作用，静电作用，氢键，配位键或共价键结合。4.如权利要求1所述的采用二维微纳米材料的过滤膜的过滤装置，其特征在于，相邻的二维微纳米材料微片之间的间距为0....
【专利技术属性】
技术研发人员：徐志平，高恩来，焦淑平，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11
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