【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水过滤膜装置和制备方法
本公开总体上涉及用于水处理的装置和方法，并且更具体地，涉及包括具有亲水性官能团的氧化石墨烯的水过滤膜、装置和制造方法。
技术介绍
膜技术在诸如消毒、蒸馏或介质过滤的水处理应用中比其他技术更受青睐，因为它通常不需要化学添加剂、热输入或消耗介质的再生。然而，由于膜的使用时间短且膜结垢导致性能衰减迅速，使得膜技术的运行成本相对较高。当膜中的孔被阻塞或堵塞，或当膜表面上形成极化浓度层或滤饼层时，通过膜的水通量将显著降低。常规水过滤膜的防污特性仍有待改进。由于膜材料具有疏水性，污染物或生物有机体很容易附着在膜表面。通过将具有亲水性官能团的氧化石墨烯添加到水过滤膜中可以通过增加膜的亲水性来有效防污。通过常规方法获得的氧化石墨烯通常尺寸过大或分散不均匀，导致膜的孔径和/或孔隙率分布不均匀。另外，通过常规工艺制备的氧化石墨烯中包括的亲水性官能团不足，这限制了膜的亲水性。这些因素是包括集成有石墨烯的水过滤膜要实现商业价值之前需要解决的主要瓶颈。
技术实现思路
公开了几种合成富氧氧化石墨烯的新...
【技术保护点】
1.一种包括氧化石墨烯的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯的平均粒径不大于约1微米，以及，/n所述氧化石墨烯的氧原子百分数至少约为30％。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180824 US 62/722,3361.一种包括氧化石墨烯的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯的平均粒径不大于约1微米，以及，
所述氧化石墨烯的氧原子百分数至少约为30％。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯的平均粒径不大于约100纳米。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯的平均粒径为约10纳米至约100纳米。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的组合物，其特征在于，所述氧原子百分数至少为35％。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述氧原子百分数为约35％至约50％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平低于平均粒径大于1微米的氧化石墨烯。
7.根据权利要求6所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平比所述平均粒径大于1微米的氧化石墨烯低至少20％。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平低于氧原子百分数小于30％的氧化石墨烯。
9.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平比所述氧原子百分数小于30％的氧化石墨烯低至少20％。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平低于用较少量的硫酸制得的氧化石墨烯。
11.根据权利要求10所述的组合物，其特征在于，所述氧化石墨烯在230纳米波长处的吸光率水平比所述用较少量的硫酸制得的氧化石墨烯低至少20％。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括硫酸。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括氧化剂。
14.根据权利要求13所述的组合物，其特征在于，所述氧化剂包括氧气(O2)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)、芬顿试剂、氟(F2)、氯(Cl2)、溴(Br2)、碘(I2)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、过氧二硫酸(H2S2O8)、过氧一硫酸(H2SO5)、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐、漂白剂(NaClO)、铬酸、重铬酸、三氧化铬、吡啶氯铬酸盐(PCC)、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)、硝酸钾(KNO3)、铋酸钠或其任意组合。
15.根据权利要求14所述的组合物，其特征在于，所述氧化剂包括过氧化氢。
16.根据权利要求14所述的组合物，其特征在于，所述氧化剂包括高锰酸钾。
17.根据权利要求1-16中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括有机溶剂。
18.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂包括非极性溶剂、极性非质子溶剂、极性质子溶剂或其任意组合。
19.根据权利要求18所述的组合物，其特征在于，所述非极性溶剂包括戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1,4-二氧六环、氯仿、乙醚、二氯甲烷(DCM)或其任意组合。
20.根据权利要求18所述的组合物，其特征在于，所述极性非质子溶剂包括四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲基亚砜(DMSO)、硝基甲烷、碳酸丙烯酯或其任意组合。
21.根据权利要求18所述的组合物，其特征在于，所述极性质子溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇(IPA)、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸或其任意组合。
22.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基-2-吡咯烷酮(纳米P)、二甲基甲酰胺(DMF)或其任意组合。
23.根据权利要求17所述的组合物，其特征在于，所述有机溶剂包括烷烃和/或环烷酮。
24.根据权利要求23所述的组合物，其特征在于，所述环烷酮包括己烷、异链烷烃、轻质烷基化石脑油、环己酮或其任意组合。
25.根据权利要求1-24中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括无机溶剂。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括聚合物。
27.根据权利要求26所述的组合物，其特征在于，所述聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)。
28.根据权利要求27所述的组合物，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯(PVDF)的平均分子量至少约为100000。
29.根据权利要求28所述的组合物，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯(PVDF)的平均分子量为约300000至约700000。
30.根据权利要求27-29中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚偏二氟乙烯(PVDF)占所述组合物的约10％至约30％(w/w)。
31.根据权利要求26-30中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚合物包括聚(乙烯基吡咯烷酮)(PVP分子量＝8-2000kDa)、磷酸三乙酯(TEP)、乙二醇(EG)、全氟磺酸或其任意组合。
32.根据权利要求26-31中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚合物占所述组合物的约1％至约8％(w/w)。
33.根据权利要求1-32中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括聚乙烯醇(PVA)、戊二醛、二氯甲烷、十八烷基三氯硅烷(ODS)、盐酸(HCl)或其任意组合。
34.根据权利要求1-33中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括三乙胺(TEA)、樟脑磺酸(CSA)、二甲基亚砜(DMSO)、间苯二胺(MPD)、2-乙基-1,3-己二醇(EHD)、月桂基硫酸钠(SLES)或其任意组合。
35.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约1％至约4％(w/w)的三乙胺(TEA)。
36.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约1％至约5％(w/w)的樟脑磺酸(CSA)。
37.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约1％至约2％(w/w)的二甲基亚砜(DMSO)。
38.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约0.2％至约3％(w/w)的间苯二胺(MPD)。
39.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约0.1％至约0.4％(w/w)的2-乙基-1,3-己二醇(EHD)。
40.根据权利要求34所述的组合物，所述组合物包括约0.1％至约0.4％(w/w)的月桂基硫酸钠(SLES)。
41.根据权利要求1-40中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)、磷酸三丁酯(TBP)或其任意组合。
42.根据权利要求41所述的组合物，所述组合物包括约0.01％至约0.2％(w/w)的1,3,5-苯三甲酰氯(TMC)。
43.根据权利要求41所述的组合物，所述组合物包括约0.1％至约0.5％(w/w)的磷酸三丁酯(TBP)。
44.根据权利要求1-43中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括羧酸、草酸、柠檬酸、磷酸、苯甲酸、二羟基苯、多巴胺或其任意组合。
45.根据权利要求1-44中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括聚醚砜(PES)。
46.根据权利要求45所述的组合物，其特征在于，所述聚醚砜的平均分子量至少约为20000。
47.根据权利要求46所述的组合物，其特征在于，所述聚醚砜的平均分子量为约45000至约68000。
48.根据权利要求45-47中任一项所述的组合物，其特征在于，所述聚醚砜占所述组合物的约15％至约30％(w/w)。
49.根据权利要求1-48中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包括糖。
50.根据权利要求49所述的组合物，所述组合物包括约1％至约60％(w/w)的所述糖。
51.根据权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述糖包括单糖、二糖、多糖或其任意组合。
52.根据权利要求49所述的组合物，其特征在于，所述糖包括葡萄糖、果糖、蔗糖或其任意组合。
53.一种膜，所述膜包括前述权利要求中任一项所述的组合物。
54.根据权利要求53所述的膜，所述膜进一步包括支撑层。
55.根据权利要求54所述的膜，其特征在于，所述支撑层包括无纺布。
56.根据权利要求55所述的膜，其特征在于，所述无纺布包括聚丙烯无纺布。
57.根据权利要求53-56中任一项所述的膜，所述膜具有小于约80°的水接触角。
58.根据权利要求57所述的膜，其特征在于，所述水接触角为约40°至约60°。
59.根据权利要求53-58中任一项所述的膜，所述膜具有至少1纳米的平均表面孔径。
60.根据权利要求59所述的膜，其特征在于，所述平均表面孔径为约2纳米至约8纳米。
61.根据权利要求59所述的膜，其特征在于，所述平均表面孔径为约10纳米至约80纳米。
62.根据权利要求53-61中任一项所述的膜，所述膜具有至少50％的孔隙率。
63.根据权利要求62所述的膜，其特征在于，所述孔隙率为约70％至约85％。
64.根据权利要求53-63中任一项所述的膜，所述膜具有至少20LMH/bar的水渗透率。
65.根据权利要求64所述的膜，其特征在于，所述水渗透性为约50LMH/bar至约70LMH/bar。
66.根据权利要求64所述的膜，所述膜具有至少200LMH/bar的水渗透率。
67.根据权利要求64所述的膜，其特征在于，所述水渗透率为约500LMH/bar至约600LMH/bar。
68.根据权利要求53-67中任一项所述的膜，所述膜使用2000ppm氯化钠溶液在15.5bar压强下具有至少2LMHs/bar的水渗透率。
69.根据权利要求53-68中任一项所述的膜，所述膜具有至少80％的脱盐率。
70.一种水可渗透的装置，所述装置包括权利要求53-69中任一项所述的膜。
71.一种方法，包括：
a)提供石墨粉末；
b)提供氧化剂；以及
c)使所述石墨粉末与所述氧化剂混合以产生包括氧化石墨烯的组合物，其中所述氧化石墨烯的平均粒径不超过约1微米，并且氧原子百分数至少约为30％。
72.根据权利要求71所述的方法，其特征在于，所述包括氧化石墨烯的组合物是权利要求1-52中任一项所述的组合物。
73.根据权利要求71或72所述的方法，所述方法进一步包括研磨含石墨的组合物以产生所述石墨粉末，其中，所述石墨粉末的平均粒径不大于约2微米。
74.根据权利要求71-73中任一项所述的方法，其特征在于，所述氧化剂包括氧气(O2)、臭氧(O3)、过氧化氢(H2O2)、芬顿试剂、氟(F2)、氯(Cl2)、溴(Br2)、碘(I2)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)、过氧二硫酸(H2S2O8)、过氧一硫酸(H2SO5)、亚氯酸盐、氯酸盐、高氯酸盐、次氯酸盐、漂白剂(NaClO)、铬酸、重铬酸、三氧化铬、吡啶氯铬酸盐(PCC)、高锰酸钾、过硼酸钠、一氧化二氮(N2O)、二氧化氮(NO2)、四氧化二氮(N2O4)、硝酸钾(KNO3)、铋酸钠或其任意组合。
75.根据权利要求74所述的方法，其特征在于，所述氧化剂包括硫酸、高锰酸钾、过氧化氢或其任意组合。
76.如权利要求71-75中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使所述包括氧化石墨烯的组合物与有机溶剂混合以形成混合物。
77.根据权利要求76所述的方法，其特征在于，所述有机溶剂包括非极性溶剂、极性非质子溶剂、极性质子溶剂或其任意组合。
78.根据权利要求77所述的方法，其特征在于，所述非极性溶剂包括戊烷、环戊烷、己烷、环己烷、苯、甲苯、1,4-二氧六环、氯仿、乙醚、二氯甲烷(DCM)或其任意组合。
79.根据权利要求77所述的方法，其特征在于，所述极性非质子溶剂包括四氢呋喃(THF)、乙酸乙酯、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(MeCN)、二甲基亚砜(DMSO)、硝基甲烷、碳酸亚丙酯或其任意组合。
80.根据权利要求77所述的方法，其特征在于，所述极性质子溶剂包括甲酸、正丁醇、异丙醇(IPA)、正丙醇、乙醇、甲醇、乙酸或其任意组合。
81.如权利要求76-80中任一项所述的方法，所述方法进一步包括从所述混合物中分离出包括氧化石墨烯的固体。
82.根据权利要求81所述的方法，其特征在于，所述分离步骤包括分馏、离心、过滤或其任意组合。
83.根据权利要求82所述的方法，其特征在于，所述过滤使用压力过滤器或电渗析。
84.根据权利要求81-83中任一项所述的方法，所述方法进一步包括用第二有机溶剂洗涤所述包括氧化石墨烯的固体。
85.根据权利要求84所述的方法，其特征在于，所述第二有机溶剂包括乙醇、甲醇或其任意组合。
86.根据权利要求81-85中任一项所述的方法，所述方法进一步包括干燥所述包括氧化石墨烯的固体。
87.一种方法，包括：
a)加热糖溶液以产生固体粉末；以及
b)使所述固体粉末与氧化剂混合以产生包括氧化石墨烯的组合物，其中，所述氧化石墨烯的平均粒径不超过约1微米，并且氧原子百分数至少为约30％。
88.根据权利要求87所述的方法，其特征在于，所述包括氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昆洲，聂子淞，
申请(专利权)人：上海特瑞思材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31
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