[發明專利]一種石墨炔復合過濾膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202110267729.5
• 申請日: 2021-03-11
• 公開（公告）號: CN112999891B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 曾高峰;楊京京;孫予罕
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D61/36;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 高燕;許亦琳

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種石墨炔復合過濾膜及其制備方法和用途。一種石墨炔復合過濾膜的制備方法，多炔類化合物與表面含有銅的多孔材料在溶劑中通過偶聯反應得到所述石墨炔復合過濾膜。本發明得到的石墨炔復合過濾膜能夠對海水中的水分子和鉀離子、鈉離子、鎂離子、鈣離子、氯離子和硫酸根離子進行選擇性過濾，即允許水分子通過而不允許鉀離子、鈉離子、鎂離子、鈣離子、氯離子和硫酸根離子通過。本發明制備石墨炔復合過濾膜的方法操作簡單、能耗低，可直接在表面含有銅的多孔材料的表面生長出疏水性的石墨炔層，從而實現海水淡化。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種石墨炔復合過濾膜及其制備方 法和用途。

背景技術

世界上淡水資源不足，得到人們越來越多的關注。作為一種淡水供應的手段， 海水淡化成為解決水源危機的重要方法。常見的海水淡化技術主要分為兩類：蒸 餾法和膜分離法。蒸餾法需要較高的能耗，而膜分離能耗低、投資少，需要高脫 鹽率和高的淡水通量。大多數脫鹽工藝采用反滲透法，膜蒸餾和正滲透與可再生 能源結合的潛力，近年來也引起了廣泛關注。在所有膜分離中，保證高脫鹽率的 情況下，提高淡水通量是膜分離在海水淡化中的重要挑戰。

用于反滲透和正滲透脫鹽工藝的聚合物膜通過溶解擴散機制作用，因此聚合 物膜比較致密；而用于膜蒸餾的是微孔膜，疏水微孔膜通過努森擴散傳遞水蒸氣 并且阻止液體通過。但是由于聚合物膜結構致密，導致滲透通量較低，水蒸氣傳 輸密度受限。最近研究表明，水可以通過水通道蛋白(J.Am.Chem.Soc，2012， 134，18631-18637)和碳納米管(Small，2007，3，1996-2004)進行高速傳輸。 大量模擬研究表明，如果管徑小于1.1nm，則可以通過分子篩分機制有效截留鹽 離子。但是，管徑和密封管間縫隙的有效控制仍然是膜制備的挑戰。密封管間縫 隙常用的方法是混合基質膜，但是受到很多限制，例如可分配性差、加載速率低、 排列不當造成缺陷等。石墨烯和氧化石墨烯膜在氣體和液體分離中表現出較大的 潛力，特別是利用環氧樹脂包裹氧化石墨烯膜溶脹效應時，鹽離子截留率達到 97％(Nat.Nanotech，2017，12，546-551)。

石墨炔是由sp²和sp雜化形成的一種新型碳同素異形體，由炔鍵將苯環共軛 連接形成二維平面網絡結構，2010年中國科學院化學研究所李玉良課題組首次 報道了在銅箔表面大面積合成石墨雙炔，開辟了人工化學合成碳同素異形體的先 例。石墨炔具有單原子厚度平面層、平面高度共軛、納米級孔(0.25nm)、層間 距0.365nm左右，受到越來越多的關注和研究。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種石墨炔復合過濾 膜及其制備方法和用途，用于解決現有技術中的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明是通過以下技術方案獲得的。

本發明的目的之一在于提供一種石墨炔復合過濾膜的制備方法，包括如下步 驟：

多炔類化合物與表面含有銅的多孔材料在溶劑中通過偶聯反應得到所述石 墨炔復合過濾膜。

優選地，所述表面含有銅的多孔材料為多孔銅或表面覆蓋有銅層的多孔陶瓷。

更優選地，所述多孔銅的孔徑為1μm～10μm。

進一步優選地，所述多孔銅的孔徑為1μm～5μm。

更優選地，所述多孔陶瓷的孔徑為2nm～10nm。

進一步優選地，所述多孔陶瓷的孔徑為2nm～6nm。

進一步優選地，所述多孔陶瓷的材質為氧化鋯。

更進一步優選地，所述表面覆蓋有銅層的多孔陶瓷的制備方法為：通過離子 濺射方法在多孔陶瓷表面鍍銅。

具體地，所述濺射時間為5min～30min。