[發(fā)明專利]導電疏水膜、其制備方法及包含其的電熱膜蒸餾組件

在審

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• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110354695A
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發(fā)明（設計）人: 王軍;李魁嶺;張勇;侯得印;徐莉莉;曹愛新
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D67/00;B01D61/36
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

1.一種導電疏水膜，其特征在于，所述導電疏水膜包括疏水微孔膜層和多孔導電層，其中所述多孔導電層形成于疏水微孔膜層上。

2.根據權利要求1所述的導電疏水膜，其特征在于：

所述多孔導電層的厚度為0.01～100μm，孔徑大于50nm；

優(yōu)選地，所述多孔導電層的材質為石墨烯、炭氈、碳纖維紙或金屬網；其中所述金屬網更優(yōu)選為鐵鉻合金金屬網；

優(yōu)選地，所述疏水微孔膜層為聚四氟乙烯疏水性微孔膜；

更優(yōu)選地，所述疏水微孔膜層的厚度為0.03～300μm，水接觸角大于90°，透水壓力大于1bar，孔徑范圍0.1～1μm，孔隙率不低于50％。

3.一種如權利要求1至2任意一項所述的導電疏水膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)提供一疏水微孔膜；

(2)在所述疏水微孔膜上形成多孔導電層。

4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述多孔導電層的材質為石墨烯，步驟(2)具體包括以下子步驟：

(2A)將氧化石墨烯分散液多次噴涂在一疏水微孔膜表面，直至所述疏水微孔膜表面全部被氧化石墨烯覆蓋，制備出氧化石墨烯復合疏水膜；

(2B)將所述氧化石墨烯復合疏水膜在烘干后，將疏水微孔膜表面的氧化石墨烯還原為石墨烯，制得所述導電疏水膜；

優(yōu)選地，步驟(2A)中，所述氧化石墨烯分散液為水分散液、N，N-二甲基甲酰胺分散液或N，N-二甲基乙酰胺分散液；分散液濃度小于10mg/mL；

優(yōu)選地，步驟(2B)中，通過熱還原或化學還原方法將氧化石墨烯還原為石墨烯；

更優(yōu)選地，所述熱還原的步驟為將氧化石墨烯復合疏水膜在惰性氣體氛圍下，以1～20℃/min的升溫速度，升溫至300～380℃，保溫5～30min，然后自然降至室溫；

更優(yōu)選地，所述化學還原的步驟為將氧化石墨烯復合疏水膜浸入還原溶液中，反應5～8小時，所述還原溶液所用的還原劑為抗壞血酸、抗壞血酸鈉、水合肼、氫碘酸、氫溴酸和對苯二酚中的一種。

5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述多孔導電層的材質為炭氈、碳纖維紙或金屬網，步驟(2)的具體操作為：將所述多孔導電層熱壓或粘接于所述疏水微孔膜上。

6.一種電熱膜蒸餾用膜組件，包括膜元件，其兩側分別為料液側、產水側，其特征在于，所述膜元件采用如權利要求1至2任意一項所述的導電疏水膜，其中：所述導電疏水膜的疏水微孔膜層位于料液側，所述導電疏水膜的石墨烯導電層位于產水側；所述產水側采用氣隙式、氣掃式或真空式冷凝結構。

7.根據權利要求6所述的電熱膜蒸餾用膜組件，其特征在于：

所述多孔導電層與外電路相連，將電能轉化為熱能后通過疏水微孔膜層傳遞至料液側加熱料液，電熱轉化效率不低于99％；外電路為交流電或直流電；

所述膜元件為中空纖維膜或平板膜。

8.一種使用如權利要求6至7任意一項所述的電熱膜蒸餾用膜組件進行電熱膜蒸餾的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟A：向所述電熱膜蒸餾用膜組件的料液側通入料液，將所述導電疏水膜的多孔導電層接入外電路；

步驟B：利用多孔導電層進行電熱轉換產生的熱量對料液進行加熱，使料液側產生的水蒸氣在蒸氣壓差作用下穿過導電疏水膜在產水側冷凝產水。

9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：

所述料液側單位時間的進水量不低于膜蒸餾過程產水量，保證料液側無鹽晶體析出；并且料液側單位時間進水量不高于產水量的10倍；

所述料液側的平均溫度為20～90℃。

10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：在所述導電疏水膜被潤濕或清洗后，通過多孔導電層的電熱方式進行干燥，再重新進行電熱膜蒸餾過程。