[发明专利]氧化石墨烯膜的保护性涂层

说明书

本文描述的是用于反渗透膜的保护性涂层，其包含与共聚物交联的氧化石墨烯的涂料混合物。交联的GO共聚物混合物涂层提供保护免受盐水和未处理流体的氯基除垢剂的侵害。本文所述的经涂布的膜产生具有优异的水通量和截盐率的反渗透结构。交联共聚物可包含任选取代的乙烯基咪唑组成单元和任选取代的丙烯酰胺组成单元。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年12月21日递交的美国临时申请62/609,110和于2018年10月16日递交的美国临时申请62/746,480的权益，上述两个申请均通过引用整体并入本文。

背景

技术领域

本公开描述了用于盐水溶液的脱盐或用于水净化的经涂布的反渗透膜。膜通常是聚酰胺，并且涂层包含氧化石墨烯和交联聚合物。

相关技术的描述

由于人口的增加，以及对安全饮用水的相应需求，人们对用于海水淡化和废水流净化的新技术产生了浓厚的兴趣。目前，反渗透膜是用于从盐水中产生饮用水的现有技术。然而，这些膜仍然具有各种缺点。当前大多数的商业反渗透膜都采用薄膜复合材料(TFC)构造，所述构造由在微孔基材上的薄芳族聚酰胺选择性层(通常是在非织造聚酯上的聚砜膜)组成。尽管这些膜可以提供出色的截盐率和高水通量，但仍需要更薄、更亲水的膜来提高反渗透过程的能源效率。

典型的反渗透膜可能会因藻类生长结垢而受损，这会导致水通量减少和能耗增加。对这种生物结垢的一种当前反应是将氯或氯胺掺入进料水溶液中，以抑制生物物质在反渗透膜表面上的生长。不幸的是，即使氯和氯胺的用量很低，它们也不利于反渗透膜的结构，并导致截盐率和水通量降低。因此，期望具有增强的耐氯性的反渗透膜结构。

发明概述

本公开描述了反渗透结构，其包含经交联的氧化石墨烯(GO)涂布的聚酰胺膜，该聚酰胺膜对由于氯和氯胺引起的降解具有抗性。

一些实施方式包括反渗透膜结构，其包含：含有聚酰胺层的膜；和布置在膜上的复合材料涂层；其中所述复合材料涂层包含交联的氧化石墨烯，其是使包含氧化石墨烯和共聚物交联剂的混合物反应的产物；并且其中共聚物交联剂至少包含任选取代的乙烯基咪唑基组成单元和任选取代的丙烯酰胺组成单元。

一些实施方式包括使水脱盐的方法，该方法包括向本文所述的膜施加盐水，其中所述盐水包含盐和水，其中将所述盐水施加至所述膜，使得一些水穿过所述膜而产生盐含量较低的水。

这些和其他实施方式在下面更详细地描述。

附图简要说明

图1是显示石墨烯片晶的尺寸的图。

图2是具有保护性涂层的经涂布膜的可能实施方式的图示。

图3是XPS光谱，其描述了，在氯中浸泡之前，本文所述的GO-PAAVA(CLC-1)聚合物的一个实施方式的原子组成，ClS作为结合能(eV)的函数。

图4是XPS光谱，其描绘了，在氯中浸泡之后，本文所述的GO-PAAVA(CLC-1)聚合物的一个实施方式的原子组成，ClS是结合能(eV)的函数。

图5是描绘了作为对比例(CE-1)和本文所述的实施方式(CLC-5、GO-PAVAL)的氯暴露时间(小时)的函数的截盐率(％)的图。

图6是描绘了作为应用于对比例(CE-1)和本文所述的实施方式(GO-PAVAS)(CLC-4)和(GO-PAAVA)(CLC-1)的经处理的废水的进料溶液的氯暴露时间(小时)的函数的截盐率(％)的图。