[发明专利]用于流体处理的组合物

说明书

描述了用于过滤器组合件中的含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物及其制备方法。还描述了使用过滤器组合件的流体处理系统，该过滤器组合件具有含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物。本文所述的过滤器组合件和系统可以用于纯化受污染流体，包括水、水溶液、气体或气体混合物或其任意组合。含氧化石墨、氧化石墨烯和/或石墨烯的复合物还可以具有包含在其中的沸石、氮化硼、稀土元素和离子盐中的一种或多于一种，以用于特定用途和期望性质。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年1月15日提交的美国临时申请第62/278,987号和2016年1月27日提交的美国临时申请第62/287,444号的权益，其内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于处理和纯化受污染流体如水、空气或气体混合物的组合物。本发明还涉及包含水和空气的处理及纯化组合物的系统。

发明背景

饮用水的污染和适合人类食用的纯净饮用水的获取不足是全世界令人担忧的问题。饮用水被无机离子和重金属污染尤其有害。对于改善饮用水有持续的需求，特别是对于发展中国家的偏远地区，人们无法获得用于饮用、烹饪和沐浴的安全给水。缺乏清洁水导致儿科腹泻病和相关的伤亡等。

各种类型的吸附材料或组合物被用于处理和纯化被残留物、重金属、有机物、工业废料或副产物(工业废水)、城市径流、微生物或其他杂质污染的水。吸附材料或组合物可以是例如多孔的、海绵样的或纤维性的。受污染水可以通过吸附材料或组合物传输，并且杂质可以化学地(通过化学吸附)或物理地(通过物理吸附)结合至吸附材料或组合物的内表面或外表面，而纯化水则允许通过。

沸石是通常用作吸附剂的微孔铝硅酸盐材料。特别地，沸石被广泛用作家用和商用水纯化、软化和其他应用中的离子交换珠。沸石天然存在，但也在工业上大规模生产。迄今为止，已经鉴别了超过230种独特的沸石框架，其中至少40种是天然存在的。尽管在水纯化中使用沸石，但并不知晓它们吸附重金属。

目前，通过化学方法由石墨制备石墨烯能够实现生产规模化并确保大规模的工业利用。特别地，氧化和剥离石墨是最普遍的方法。自十九世纪以来，已经知道通过用强氧化剂氧化石墨来生产氧化石墨。具体地，著名的“Hummers法”使用硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸将石墨转化为氧化石墨(Hummers W.S.,Offeman R.E.Preparation of Graphitic Oxide,J.Am.Chem.Soc.,1958,80(6),1339-1339)。随后的剥离和分层过程，在具有或不具有离子嵌入的帮助下，使用例如声波处理或热冲击的外力，可用于将氧化石墨转化为氧化石墨烯。然后可以还原氧化石墨烯以形成经还原的氧化石墨烯(rGO)或石墨烯。由于呈现的独特的电子和机械性质，石墨烯(sp²杂化碳和单原子厚度的片材)近年来引起了极大的兴趣。这些使得例如能量的转换和存储(太阳能电池、超级电容器)、电子器件(基于石墨烯的电路)等许多应用变得令人关注(参见例如，Camblor等人,Microwave frequency tripler basedon a microstrip gap with graphene,J.Electromag.Waves Appl.,2011,25(14-15),1921-1929)。