[發(fā)明專利]亞納米多孔石墨烯滲透膜及其制備方法和應(yīng)用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811399417.4 | 申請日： | 2018-11-22 |
| 公開（公告）號： | CN109224881B | 公開（公告）日： | 2021-04-23 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王德強;何石軒;謝婉誼;方紹熙;周大明 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院 |
| 主分類號： | B01D71/02 | 分類號： | B01D71/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F103/08 |
| 代理公司： | 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275 | 代理人： | 楊柳岸 |
| 地址： | 400714 *** | 國省代碼： | 重慶;50 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 納米 多孔 石墨 滲透 及其 制備 方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明公開了一種亞納米多孔石墨烯滲透膜及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明的亞納米多孔石墨烯滲透膜能夠?qū)Ｋ械乃肿雍外涬x子、鈉離子、氯離子進行選擇性過濾，從而應(yīng)用于海水的淡化處理，主要通過石墨烯滲透膜上的孔隙直徑為0.35?0.65nm的多孔陣列實現(xiàn)。本發(fā)明還提供了亞納米多孔石墨烯滲透膜的制備方法，依次采用鎵離子源的聚焦離子束轟擊聚脂薄膜襯底、將單層石墨烯轉(zhuǎn)移到聚脂薄膜襯底上、采用氦離子源的聚焦離子束轟擊石墨烯形成高密度規(guī)則陣列缺陷、以及采用等離子刻蝕陣列缺陷部位形成亞納米多孔石墨烯滲透膜，使其能夠使水分子通過而K+、Na+以及Cl?不能通過從而達到淡化海水的目的。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及亞納米多孔石墨烯滲透膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
近年來，國內(nèi)外主要有采用自下而上化學(xué)合成亞納米孔隙石墨烯薄膜和電子束曝光、離子輻照(離子轟擊、離子束蝕刻)、化學(xué)蝕刻、等離子體蝕刻等自上而下的方法在原始石墨烯薄膜上制備出亞納米孔隙并將其應(yīng)用于海水淡化領(lǐng)域。離子輻照可以通過離子束的入射角、能量、類型和通量的控制產(chǎn)生密度、缺陷類型可控的高密度缺陷，而個別碳原子的敲出或晶格重排導(dǎo)致這些缺陷大多是不穩(wěn)定的。化學(xué)蝕刻方法可以根據(jù)蝕刻劑如氧氣、氫氣和氧化蝕刻劑的類型產(chǎn)生具有官能團的穩(wěn)定的納米孔，然而該方法很難控制這些納米孔隙的尺寸分布。等離子蝕刻方法使用氫或氧等離子體在懸浮的石墨烯薄膜中均勻地產(chǎn)生尺寸和密度可控的納米孔，而且石墨烯納米孔隙缺陷易于進行功能化修飾，結(jié)合高分辨率聚焦氦離子束制備高密度亞納米多孔石墨烯薄膜具有更好地優(yōu)勢，進而實現(xiàn)海水中鹽離子選擇性過濾功能。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供亞納米多孔石墨烯滲透膜；本發(fā)明的目的之二在于提供亞納米多孔石墨烯滲透膜的制備方法；本發(fā)明的目的之三在于提供亞納米多孔石墨烯滲透膜在海水淡化中的應(yīng)用。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
1、納米多孔石墨烯滲透膜，所述石墨烯滲透膜具有亞納米的多孔陣列結(jié)構(gòu)，所述亞納米的多孔陣列中孔隙直徑為0.35-0.65nm，所述孔隙直徑大于水分子范德華直徑(約為0.28nm)，小于水合離子K+、Na+、Cl-的直徑(約0.66-0.72nm)，所述石墨烯滲透膜通過聚焦離子束高精度轟擊和等離子體刻蝕技術(shù)結(jié)合的方法制備得到。
優(yōu)選的，所述石墨烯滲透膜能夠?qū)Ｋ械拟c離子和氯離子進行選擇性過濾，即允許水分子通過而不允許鈉離子和氯離子通過。
2、亞納米多孔石墨烯滲透膜的制備方法，所述方法具體步驟如下：
(1)選取聚脂薄膜作為襯底材料，采用去離子水超聲清洗1-10min，用氮氣吹干得到聚脂薄膜襯底備用；
(2)采用鎵作為離子源對聚脂薄膜襯底進行聚焦離子束轟擊，在聚脂薄膜襯底上形成高密度納米孔陣列，所述納米孔的直徑為1-2μm，制備得到具有高密度納米孔陣列的聚脂薄膜；
(3)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至具有高密度納米孔陣列的聚脂薄膜上得到聚脂薄膜基單層石墨烯；
(4)采用氦作為離子源對聚脂薄膜基單層石墨烯進行聚焦離子束轟擊，在聚脂薄膜基單層石墨烯上轟擊出高密度規(guī)則陣列缺陷，所述陣列的周期為10-20nm；
(5)采用等離子體蝕刻技術(shù)對步驟(4)中形成的陣列缺陷部位進行刻蝕，將聚脂薄膜基單層石墨烯的高密度規(guī)則陣列缺陷進一步刻蝕出亞納米孔隙，所述亞納米孔隙表面呈現(xiàn)不同的官能團，所述亞納米孔隙的直徑為0.35-0.65nm，即可得到亞納米多孔石墨烯滲透膜。
優(yōu)選的，步驟(1)中所述聚脂薄膜的規(guī)格為1cm x 1cm，厚度為0.5-1mm。
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