石墨烯过滤膜及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯过滤膜，包含:经水热方法还原后的氧化石墨烯，其碳氧含量比为0.1至50，且分散于高分子中，而形成高分子复合膜。本发明专利技术所制作的石墨烯过滤膜对于醇类与水的分离效率接近100％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种过滤膜及其制作方法，特别关于一种石墨烯过滤膜及其制作方法。
技术介绍
石墨烯(graphene)具有优秀的的机械强度、高电导及高热导等性质已被人们知悉，目前已知石墨烯的载流子迁移率(carrier mobility)可达200,000cm2/V·S，因此已被广泛应用于可挠式电子产品、半导体、触控面板或太阳能等领域中。而现今石墨烯的制作方法可包括机械剥离法(mechanical exfoliation)、磊晶成长法(Epitaxial growth)、化学气相沈积法(chemical vapor deposition,CVD)及化学剥离法(chemical exfoliation)等。机械剥离法是利用摩擦石墨表面得到的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，但筛选过程中有难度，且尺寸不易控制，无法可靠地制作长度足供应用的石墨薄片。磊晶成长法也称为取向附生法，是应用生长基质原子结构来「种」出石墨烯。步骤为首先让碳原子在1150℃下渗入金属钌(ruthenium,Ru)，然后冷却到850℃后，此时之前金属钌吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层碳原子会覆盖满整个基质表面，如此即可长成完整的一层石墨烯，当最底层约覆盖80％时，第二层就会开始生长，最底层的石墨烯会与钌产生强烈的相互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，而得到单层石墨烯薄片。机械剥离法及磊晶成长法虽可生成质量较佳的石墨烯，但都无法大面积合成石墨烯。化学气相沈积法是使石墨烯生成在铜或镍金属表面，生成后经过一道转移制程到所需基板上，虽此种方法可制作大面积石墨烯，但转移制程通常会造成石墨烯因转移时的机械应力损坏及具有污染物残留问题，且制作过程中所需成本比较高。化学剥离法主要是先将石墨氧化使其形成氧化石墨烯，再经过高温
退火或使用强还原剂的步骤进行还原，使石墨烯恢复其原来的晶格形状使其具有电导性。然而，进行高温退火或使用强还原剂的还原过程时，会造成石墨烯过度还原，容易产生聚集，造成后续加工困难，而使用强还原剂，例如联氨(N2H4)、硼氢化钠(sodium borohydride,NaBH4)、六甲基四胺(hexamethylenetetramine,HMTA,C6H12N4)等，又会增加环境的污染。化学剥离法的优点在于可大面积量产石墨烯并且制作成本低，但氧化过程会造成石墨烯晶格受到破坏，且并非所有的氧化石墨烯都能够有效还原。基于石墨烯优秀的的机械强度、高电导及高热导性质，大多将石墨烯应用于半导体或电子商品中，因此将石墨烯应用于过滤膜中的应用还很少，进行废水回收或净化技术，本专利技术提供一种石墨烯过滤膜，可实现接近100％的醇类与水的分离效率，且制作还原后之氧化石墨烯及石墨烯过滤膜的过程简单及不会造成环境污染。
技术实现思路
为克服以上缺点，本专利技术提供一种石墨烯过滤膜，包含：还原后的氧化石墨烯，具有碳氧含量比为0.1至50，且还原后的氧化石墨烯分散于高分子中，形成高分子复合膜。于一实施例中，高分子复合膜具有孔径为1微米至100微米。于一实施例中，还原后的氧化石墨烯分散于壳聚醣中。于一实施例中，石墨烯过滤膜对于包含有醇类与水的混合液的分离效率大于99％，且醇类为甲醇、乙醇、丙醇及异丙醇其中之一。本专利技术更提供一种石墨烯过滤膜的制作方法，包含以下步骤：加入氧化石墨烯至水中，并使氧化石墨烯脱层，得到氧化石墨烯分散液；在介于30℃至100℃之间的固定温度下，于介于10分钟至72小时的固定时间内，对氧化石墨烯分散液进行水热方法还原，得到碳氧含量比为0.1至50还原后的氧化石墨烯分散液；及干燥还原后的氧化石墨烯分散液。本专利技术的石墨烯过滤膜的制作方法，干燥还原后的氧化石墨烯分散液的手段为对还原后的氧化石墨烯分散液实施抽气过滤。于一实施例中，本专利技术的石墨烯过滤膜的制作方法中，藉由超声波
震荡手段使氧化石墨烯脱层。于一实施例中，本专利技术的石墨烯过滤膜的制作方法，更包含于还原后的氧化石墨烯分散液中加入高分子溶液的步骤。本专利技术所制作的石墨烯过滤膜可实现接近100％的醇类与水的分离效率，且制作还原后的氧化石墨烯及石墨烯过滤膜的过程简单及不会造成环境污染。附图说明图1为本专利技术第一实施例的还原后氧化石墨烯结构示意图。图2为本专利技术第二实施例的氧化石墨烯的自行合成方法流程图。图3为本专利技术第三实施例的还原后的氧化石墨烯的制作流程图。图4A-4F图为本专利技术第三实施例的还原后的氧化石墨烯，在不同还原时间条件下的XPS元素分析图。图5A为本专利技术第四实施例的石墨烯过滤膜结构示意图。图5B为本专利技术第五实施例的石墨烯过滤膜结构示意图。图5C为本专利技术的石墨烯过滤膜的氧化石墨烯经水热方法还原处理时，在不同还原时间处理后所形成的高分子复合膜的表面形貌的照片。图5D为本专利技术的石墨烯过滤膜的氧化石墨烯经水热方法还原处理时，在不同还原时间处理后所形成的高分子复合膜的表面形貌的电子显微镜照片。图6为本专利技术第四实施例的石墨烯过滤膜的制作流程图。主要组件符号说明具体实施方式本专利技术所述石墨烯结构产生优秀的力学及电学等性质的基本原理，已是相关
具有通常知识者所能了解的，故以下文中的说明，仅针对本专利技术的石墨烯过滤膜及其制作方法的各组份的特殊功能实现进行详细说明。此外，于下述内文中的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本专利技术特征有关的示意图。本专利技术是利用氧化石墨烯(graphene oxide,GO)进行水热方法(hydrothermal method)还原以形成还原后的氧化石墨烯(reduced-graphene oxide,r-GO)，还原过程中，可藉由水热方法调控还原程度以形成具有不同碳氧含量比结构的还原后的氧化石墨烯，不同碳氧含量比的结构会影响到其性质，包括亲疏水性、电导性、热导性、分散性、高分子兼容性、加工性等。这里的氧化石墨烯可以是经由市售取得的或自行合成的。在自行合成的过程中，可得到石墨粉末(graphite)经由化学氧化及脱层后的产物。本专利技术中，所谓的「还原后的氧化石墨烯」(reduced-graphene oxide,r-GO)是指具有不同碳氧含量比结构的石墨烯，而不同碳氧含量比的结构则是利用在一定温度下及一定时间范围内的水热方法调控来达成。如图1所示，本专利技术第一实施例在于提供一种还原后的氧化石墨烯10的结构，所述还原后的氧化石墨烯10是一种以多环芳香族碳氢化合物为主要的碳层结构，是以sp2杂化轨道组成正六边形晶格排列的二维晶体片状结构，具有基面100(basal plane)及边界面(edge plane)101，基面100具有多个第一官能团102及边界面101具有多个第二官能团
103，官能团的数量可藉由水热方法调控氧化石墨烯的还原程度来决定，还原程度愈高，还原后的氧化石墨烯1结构的碳氧含量比愈高，基面100上的第一官能团102愈少。还原后的氧化石墨烯10结构具有碳氧含量比为0.1至50，不同碳氧含量比决定其结构特性，使还原后的氧化石墨烯10形成具有绝缘体、半导体或导体的其中一种的特性，当碳氧含量比为1至3时，还原后的氧化石墨烯10为绝缘体；当碳氧含量比为4至10时，还原后的氧化石墨烯1为半导体；当碳氧含量比为11至本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯过滤膜，其特征在于，包含:还原后的氧化石墨烯，具有碳氧含量比为0.1至50的结构，还原后的所述氧化石墨烯分散于高分子中，形成高分子复合膜。

【技术特征摘要】
2014.11.20 TW 1031401841.一种石墨烯过滤膜，其特征在于，包含:还原后的氧化石墨烯，具有碳氧含量比为0.1至50的结构，还原后的所述氧化石墨烯分散于高分子中，形成高分子复合膜。2.如权利要求1所述的石墨烯过滤膜，其特征在于，所述高分子复合膜具有孔径为1微米至100微米。3.如权利要求1所述的石墨烯过滤膜，其特征在于，所述高分子为壳聚醣、聚乙烯、聚砜、聚偏二氟乙烯、聚酯及聚丙烯腈其中之一。4.如权利要求1所述的石墨烯过滤膜，其特征在于，更包含高分子支撑材，所述高分子复合膜形成于所述高分子支撑材的表面上。5.如权利要求1所述的石墨烯过滤膜，其特征在于，所述石墨烯过滤膜对于醇类与水的混合液的分离效率大于99％。6.如权利要求5所述的石墨烯过滤膜，其特征在于，所述醇类为甲醇、乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪维松，刘伟仁，邱榆净，杨岳强，胡倩杰，李魁然，赖君义，
申请(专利权)人：中原大学，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71