[发明专利]包含含聚芳族官能团的二维层的层压膜

说明书

本发明涉及二维材料的膜及其在过滤中的用途。所述膜可包括聚芳族分子，其提供了如观察到的对小溶质的排斥性的改善。所述二维材料可以是过渡金属二硫属元素化物(TMDC)或六方氮化硼(hBN)。

技术领域

本发明涉及二维材料的膜及其在过滤中的用途。二维材料可以是过渡金属二硫属元素化物(TMDC)或六方氮化硼(hBN)。

背景技术

从溶液中去除溶质在许多领域均有应用。

这可以采取净化用于饮用或用于浇灌作物的水的形式，或者可以采取净化来自工业的废液的形式以防止环境损害。水净化应用的实例包括：从海水中去除盐用于饮用水或用于工业；咸水的净化；从涉及核浓缩、核能发电或核清理的(例如前核电站停运或核事故之后所涉及的)水中去除放射性元素；在工业废液进入水系统之前去除其中对环境有害和有毒的化学物质(例如有机污染物，特别是卤化有机化合物、重金属、氯酸盐和高氯酸盐)；以及从受污染或可疑的饮用水中去除生物病原体(例如病毒、细菌、寄生虫等)。

在许多工业情景(例如核工业)中，通常希望将工业废液中危险的或其它不期望的溶质与有价值的(例如稀有金属)溶质分离，以便有价值的溶质可以回收和再利用或出售。这可以以水过滤或渗透蒸发的情况进行。

选择性膜可用于能量产生，例如，在燃料电池或渗透发电机中。

已经证明基于石墨烯和氧化石墨烯的膜在从溶液中过滤溶质方面是有效的(Huang等人,Graphene-Based Membranes for Molecular Separation,J.Phys.Chem.Lett.,2015,6,2806-2815)。值得注意的实例包括使用氧化石墨烯层压膜(Joshi等人，Precise and Ultrafast Molecular Sieving Through Graphene OxideMembranes,Science,2014,343,752-754；WO2015/075451；WO 2015/075453)。

尽管迄今为止对于由其它二维(2-D)材料形成的膜几乎没有做工作，但已经制备了一些MoS₂和WS₂层压膜并测试了它们的过滤能力(Sun等人,Laminar MoS₂ Membranes forMolecular separation,Chem.Commun.,2013,49,10718-10720；Sun et al.,UltrafastMolecule Separation through Layered WS₂ Nanosheet Membranes,ACS Nano,2014,8,6,6304-6311)。这些膜由通过化学剥离技术获得的薄片形成，并且排斥百分比低，特别是当使用具有小于1nm的尺寸的溶质时。

本发明某些实施方案的目的是提供比现有技术膜更有效、更便宜或更可规模性生产的膜。

本发明某些实施方案的目的是提供相对于现有技术膜提供增加的溶剂(例如水)通量的膜。

本发明某些实施方案的目的是提供比现有技术膜实现更高的某些溶质(例如NaCl)排斥的膜。

本发明某些实施方案的目的是提供根据电荷优先排除溶质的膜。本发明的某些实施方案的目的是提供与现有技术膜相比相对于另一种电荷的溶质对排除一种电荷的溶质更具选择性的膜。

本发明某些实施方案的目的是提供根据大小优先排除溶质的膜。本发明的某些实施方案的目的是提供与现有技术膜相比相对于另一种大小的溶质对排除一种大小的溶质更具选择性的膜。

本发明的某些实施方案实现了一些或所有上述目的。

发明内容

在本发明的第一方面，提供了一种层压膜，其包含：

选自过渡金属二硫属元素化物(TMDC)和六方氮化硼(hBN)的二维材料的多个纳米片；和