耐用石墨烯氧化物膜制造技术

这里描述的实施方案主要涉及用于流体过滤的耐用石墨烯氧化物膜。例如，所述石墨烯氧化物膜可在高温、非中性pH和/或高压下耐用。本发明专利技术的一方面涉及包括如下的过滤设备：支撑基质和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜。所述石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液具有至少50％的第一乳糖滤除率。所述石墨烯氧化物膜与至少80℃的溶液接触一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。为至少50％。为至少50％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐用石墨烯氧化物膜
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年5月15日提交的美国临时专利申请No.62/848,014和2019年10月4日提交的美国临时专利申请No.62/910,789的优先权和其它权益，它们的公开内容在这里作为参考全文引入。


[0003]本专利技术主要涉及石墨烯氧化物膜及其在分离过程中的应用。

技术介绍

[0004]根据膜和/或被过滤材料组分的任何一种性质，通过使一些组分(滤液或渗透液)通过而使其它组分保留，优选为混合物剩余部分(滤除)，可以应用膜来使混合物分离。例如，可以构造膜而基于尺寸排除(即物理阻挡，例如比被排除颗粒小的孔)而使滤液与滤除物分离。其它实例包括基于与被过滤材料的一种或多种组分的化学、电化学和/或物理结合构造膜而使滤液与滤除物分离。
[0005]聚合物膜是一种常用类型的膜。它们已经工业用于水软化、脱盐以及不同盐、小分子和大分子的浓缩、脱除和纯化。但在一些环境中(如氧化条件、高pH值、高温或在一些溶剂中)，聚合物膜可能因聚合物膨胀、氧化反应、降解或软化而损坏或失效。因此，本领域需要应对聚合物膜的一种或多种缺陷的新膜。

技术实现思路

[0006]这里描述的实施方案主要涉及用于流体过滤的耐用石墨烯氧化物膜。例如，石墨烯氧化物膜可用于不同盐的浓缩、脱除和纯化。
[0007]本专利技术的一方面涉及一种过滤设备，其包括：支撑基质和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜。所述石墨烯氧化物膜包括多个石墨烯氧化物片，各石墨烯氧化物片与化学间隔剂共价耦合，其中各石墨烯氧化物片与相邻的石墨烯氧化物片未共价交联。所述石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液的第一乳糖滤除率为至少50％。所述石墨烯氧化物膜与至少80℃的溶液接触一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。
[0008]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率与第一乳糖滤除率基本相同。
[0009]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率大于第一乳糖滤除率。
[0010]在一些实施方案中，第一乳糖滤除率小于或等于90％。
[0011]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率小于或等于90％。
[0012]在一些实施方案中，化学间隔剂包括胺或其衍生物。在一些实施方案中，化学间隔剂包括
–
NH
‑
R1，其中R1为可任选被取代的芳基。在一些实施方案中，所述胺为4
‑
氨基苯乙酸或2
‑
(4
‑
氨基苯基)乙醇。
[0013]在一些实施方案中，化学间隔剂包括酰胺或其衍生物。在一些实施方案中，化学间
隔剂包括
‑
NH
‑
C(O)
‑
R2，其中R2为可任选被取代的C1‑
C6烷基或C2‑
C6链烯基。在一些实施方案中，所述酰胺为丙烯酰胺、丙酰胺、异丁酰胺或棕榈酰胺。
[0014]在一些实施方案中，所述溶液的pH值为约7。
[0015]在一些实施方案中，所述溶液的pH值为约11。
[0016]在一些实施方案中，所述溶液的pH值为约14。
[0017]在一些实施方案中，所述溶液为磷酸盐缓冲液。在一些实施方案中，所述磷酸盐缓冲液包含Na2HPO4。
[0018]在一些实施方案中，所述室温为约20℃。
[0019]在一些实施方案中，使所述溶液通过石墨烯氧化物膜。
[0020]在一些实施方案中，接触时间段为约2
‑
6小时。
[0021]本专利技术的一方面涉及一种过滤设备，其包括：支撑基质和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜。所述石墨烯氧化物膜包括多个石墨烯氧化物片，其中各石墨烯氧化物片与化学间隔剂共价耦合。所述石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液的第一乳糖滤除率为至少50％。所述石墨烯氧化物膜与pH为至少11的溶液接触一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。
[0022]在一些实施方案中，所述溶液的pH值为至少约12。在一些实施方案中，所述溶液的pH值为至少约14。
[0023]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率与第一乳糖滤除率基本相同。
[0024]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率大于第一乳糖滤除率。
[0025]在一些实施方案中，第一乳糖滤除率小于或等于90％。
[0026]在一些实施方案中，第二乳糖滤除率小于或等于90％。
[0027]在一些实施方案中，化学间隔剂包括胺或其衍生物。在一些实施方案中，化学间隔剂包括
–
NH
‑
R1，其中R1为可任选被取代的芳基。在一些实施方案中，所述胺为4
‑
氨基苯乙酸或2
‑
(4
‑
氨基苯基)乙醇。
[0028]在一些实施方案中，化学间隔剂包括酰胺或其衍生物。在一些实施方案中，化学间隔剂包括
–
NH
‑
C(O)
‑
R2，其中R2为可任选被取代的C1‑
C6烷基或C2‑
C6链烯基。在一些实施方案中，所述酰胺为丙烯酰胺、丙酰胺、异丁酰胺或棕榈酰胺。
[0029]在一些实施方案中，所述溶液包含Na2HPO4。
[0030]在一些实施方案中，所述室温为约20℃。
[0031]在一些实施方案中，使所述溶液通过石墨烯氧化物膜。
[0032]在一些实施方案中，所述溶液为缓冲溶液。
[0033]在一些实施方案中，接触时间段为约2
‑
6小时。
[0034]本专利技术的一方面涉及一种过滤设备，其包括：支撑基质，所述支撑基质的厚度为至少约150μm和杨氏模量为至少约0.9GPa；和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜，所述石墨烯氧化物膜包括多个石墨烯氧化物片，其中各石墨烯氧化物片与化学间隔剂共价耦合，其中：所述石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液的第一乳糖滤除率为至少50％；和所述石墨烯氧化物膜在经受约1000psi的压力一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。
[0035]在一些实施方案中，支撑基质的厚度不大于约500μm。
[0036]在一些实施方案中，支撑基质的杨氏模量不大于约2.5GPa。
[0037]在一些实施方案中，支撑基质包括聚丙烯、聚烯烃、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙或它们的组合。
[0038]本专利技术的一方面涉及一种处理黑液的方法，其中使黑液流过上述过滤设备的任意一种，其中所述黑液包含木质素、硫酸钠、碳酸钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠和/或氢氧化钠。
[0039]在一些实施方案中，至少一部分木质素被石墨烯氧化物膜滤除。在一些实施方案中，至少50％的木质素被石墨烯氧化物膜滤除。在一些实施方案中，至少9本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种过滤设备，其包括：支撑基质；和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜，所述石墨烯氧化物膜包括多个石墨烯氧化物片，各石墨烯氧化物片与化学间隔剂共价耦合，其中：石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液的第一乳糖滤除率为至少50％；和所述石墨烯氧化物膜与至少80℃的溶液接触一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。2.权利要求1的过滤设备，其中所述第二乳糖滤除率与第一乳糖滤除率基本相同。3.权利要求1的过滤设备，其中所述第二乳糖滤除率大于第一乳糖滤除率。4.权利要求1
‑
3任一项的过滤设备，其中第一乳糖滤除率小于或等于90％。5.权利要求1
‑
4任一项的过滤设备，其中第二乳糖滤除率小于或等于90％。6.权利要求1
‑
5任一项的过滤设备，其中各石墨烯氧化物片与相邻的石墨烯氧化物片未共价交联。7.权利要求1
‑
6任一项的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括胺或其衍生物。8.权利要求7的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括
–
NH
‑
R1，其中R1为可以任选被取代的芳基。9.权利要求7的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括
–
NH
‑
C(O)
‑
R2，其中R2为可以任选被取代的C1‑
C6烷基或C2‑
C6链烯基。10.权利要求7的过滤设备，其中所述胺为4
‑
氨基苯乙酸或2
‑
(4
‑
氨基苯基)乙醇。11.权利要求1
‑
6任一项的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括酰胺或其衍生物。12.权利要求11的过滤设备，其中所述酰胺为丙烯酰胺、丙酰胺、异丁酰胺或棕榈酰胺。13.权利要求1
‑
12任一项的过滤设备，其中所述溶液的pH值为约7。14.权利要求1
‑
12任一项的过滤设备，其中所述溶液的pH值为约11。15.权利要求1
‑
12任一项的过滤设备，其中所述溶液的pH值为约14。16.权利要求13
‑
15任一项的过滤设备，其中所述溶液为磷酸盐缓冲液。17.权利要求16的过滤设备，其中所述磷酸盐缓冲液包括Na2HPO4。18.权利要求1
‑
17任一项的过滤设备，其中所述石墨烯氧化物膜在小于或等于100℃下与所述溶液接触。19.权利要求1
‑
18任一项的过滤设备，其中所述室温为约20℃。20.权利要求1
‑
19任一项的过滤设备，其中使所述溶液通过石墨烯氧化物膜。21.权利要求1
‑
20任一项的过滤设备，其中接触时间段为约2
‑
6小时。22.一种过滤设备，其包括：支撑基质；和设置在支撑基质上的石墨烯氧化物膜，所述石墨烯氧化物膜包括多个石墨烯氧化物片，各石墨烯氧化物片与化学间隔剂共价耦合，其中：所述石墨烯氧化物膜在室温下对第一1wt％乳糖溶液的第一乳糖滤除率为至少50％；和
所述石墨烯氧化物膜在室温下与pH为至少11的溶液接触一段时间后，其在室温下对第二1wt％乳糖溶液的第二乳糖滤除率为至少50％。23.权利要求22的过滤设备，其中所述pH值为至少约12。24.权利要求22的过滤设备，其中所述pH值为至少约14。25.权利要求22
‑
24任一项的过滤设备，其中第二乳糖滤除率与第一乳糖滤除率基本相同。26.权利要求22
‑
24任一项的过滤设备，其中第二乳糖滤除率大于第一乳糖滤除率。27.权利要求22
‑
26任一项的过滤设备，其中第一乳糖滤除率小于或等于90％。28.权利要求22
‑
27任一项的过滤设备，其中第二乳糖滤除率小于或等于90％。29.权利要求22
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28任一项的过滤设备，其中各石墨烯氧化物片与相邻的石墨烯氧化物片未共价交联。30.权利要求22
‑
29任一项的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括胺或其衍生物。31.权利要求30的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括
–
NH
‑
R1，其中R1为可以任选被取代的芳基。32.权利要求30的过滤设备，其中所述化学间隔剂包括
–
NH
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C(O)
‑
R2，其中R2为可以任选被取代的C1‑
C6烷基或C2‑

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：维阿分离股份有限公司，
类型：发明
国别省市：