[发明专利]用于稳定超快过滤的螺旋结构的三维多孔的基于氧化石墨烯的膜

说明书

提供了涉及基于氧化石墨烯的膜的装置和方法。方法包括将基于氧化石墨烯的层浸入水基溶液中，以漩涡运动的方式搅拌所述水基溶液，直到所述基于氧化石墨烯的层各自物理弯曲为止；向所述水基溶液中添加交联剂，以导致形成通过通道彼此连接的囊状的基于氧化石墨烯的单元；和将所述囊状的基于氧化石墨烯的单元堆叠在基底上，以形成基于氧化石墨烯的膜。

发明领域

本公开涉及基于氧化石墨烯的膜，包括制造该膜的方法以及将该膜用于水处理和纯化中的方法。

发明背景

膜通过基于它们的几何尺寸排除某些物质并依靠膜中的纳米孔或纳米通道排斥该物质而起作用。减小纳米孔或纳米通道的尺寸可以改进膜排斥某些物质的能力，但也会对穿过膜的渗透产生负面影响。这些负面影响会导致膜结垢并增加能耗。对于工业应用，膜应该既提供对不合需要的物质的高排斥率，又提供大的水通量，并结合低能耗和良好的稳定性。

发明概述

在本发明的一个实施方案中，一种制造基于氧化石墨烯(GO)的膜的方法，包括：(1)在水漩涡中产生弯曲的氧化石墨烯(GO)层，并使用交联剂将GO层连接在一起以形成通过通道彼此连接的囊状GO单元；(2)提供所述囊状GO单元的堆叠排列以形成基于GO的膜。

在另一个实施方案中，一种通过使用基于GO的膜从流体流中分离化学物质的方法，包括：(1)在纯化工艺中调节过滤压力以从流体流中分离不同的化学物质；(2)反洗基于GO的膜，以保持基于GO的膜的使用寿命。

附图的简要说明

图1是制造通过壳聚糖交联的三维(3D)多孔的基于氧化石墨烯(GO)的膜(CcGO)的工艺的示意图。

图2A示出了CcGO块的SEM图像。图2B示出了CcGO块的外表面的SEM图像。图2C示出了CcGO块的垂直截面的SEM图像。图2D示出了CcGO块的内表面的SEM图像。

图3A示出了通过堆叠在600rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的100μm比例的SEM图像。图3B示出了通过堆叠在600rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的20μm比例的SEM图像。图3C示出了通过堆叠在1000rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的100μm比例的SEM图像。图3D示出了通过堆叠在1000rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的20μm比例的SEM图像。图3E示出了通过堆叠在1600rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的100μm比例的SEM图像。图3F示出了通过堆叠在1600rpm的搅拌速度下制造的CcGO块而形成的CcGO膜的垂直截面的20μm比例的SEM图像。

图4是比较两种基于GO的材料在水螺旋中浸泡和改性之前和之后的增量孔隙体积的绘图。

图5是基于GO的片和壳聚糖交联的GO(CcGO)膜的傅立叶变换红外光谱(FTIR)的绘图。

图6是显示使用在不同压力条件下形成的不同CcGO膜并在不同过滤压力条件下一小时的时间的酸性媒染剂黑色染料的去除百分比的绘图。

图7是显示使用CcGO膜去除伊文思蓝(EB)染料和亚甲基蓝(MB)染料的百分比的绘图。

图8是显示用于去除EB染料的CcGO膜的反洗效率的绘图。

图9说明在使用水漩涡技术制造基于GO的膜的过程中GO的形态变化。

图10显示保留MB染料7天后的CcGO膜的共聚焦显微镜产生的三维图像。

发明详述