JP2015514578A - 合成物の採取、捕獲及び保存のための選択的に穿孔されたグラフェン膜 - Google Patents

Abstract

複数の開口を有し、溶液の溶媒の通過を許容する一方で、同時に膜表面の溶液からの所望の分子を捕獲する、有孔グラフェン膜の表面上の分子を捕獲及び保存するための装置及び関連する方法である。本方法は、連続的に小さくなる分子を系列的に捕獲及び保持するために、連続的に小さくなる複数の開口径のシーケンスの複数の有孔グラフェン膜の配置を伴って継続される。移動装置は、電磁的、電気化学的及び静電気的な構成を有している。

Description

本出願は、合成物の採取、捕獲及び保存のための選択的に穿孔されたグラフェン膜と題される、２０１２年４月１９日出願の米国仮出願Ｎｏ．６１／６３５，３７８の優先権を主張する。当該仮出願は、参照によってここに取り込まれる。

本出願は、膜、つまり適切な配置の複数の膜を通流する溶液からの所望の合成物（compound）の意図的な採取、捕獲及び保存の目的のための、選択的に穿孔された炭素の単層または多層のグラフェン膜の使用に関する。

真水（淡水）の資源が、ますます欠乏しつつあり、多くの国は、塩で汚染された水、最も顕著には海水を、清浄な飲み水に転換し得る解決策を、求めている。

水の脱塩のための既存技術は、４つの大分類、すなわち、蒸留、イオン処理（ionic processes）、膜処理及び結晶化、に入る。これらの技術の最も効率的で最も利用されているものは、多段フラッシュ蒸発（ＭＳＦ）、多重効用蒸発（ＭＥＥ）及び逆浸透（ＲＯ）である。これらの全てのプロセスにとってコストが駆動要因であり、エネルギー及び資本のコストが両者とも重要である。ＲＯ及びＭＳＦ／ＭＥＥの両者の技術は、完全に発達している。現在、最良の脱塩の解決法は、単純な水の蒸発によって立証されている、３から７ＫＪ／ｋｇの範囲である理論上の最小限のエネルギーの２倍乃至４倍を、必要とする。蒸留の脱塩方法は、多段フラッシュ蒸発、多重効用脱塩（multiple effect desalination）、蒸気圧縮、太陽熱加湿（solar humidification）及び地熱脱塩（geothermal desalination）を含む。これらの方法は、脱塩を実行するための水の状態変化である共通のアプローチを、共有している。これらのアプローチは、塩水の溶液を蒸発させるために、熱伝達及び／または真空圧力を使用する。水蒸気は、その後、濃縮され、真水として回収される。イオン処理による脱塩方法の例は、イオン交換、電気透析及び容量性脱イオン（capacitive deionization）を含む。イオン交換は、固形の高分子イオンまたはミネラルイオン交換体を塩水中に、導入する。当該イオン交換体は、それらが容易に濾過して除去され得るように、溶液中の所望のイオンと結合する。電気透析は、カチオン及びアニオンの選択膜、及び、真水及び塩水の切替チャネルを生成するために、電圧ポテンシャルを使用する処理である。容量性脱イオンは、溶液から荷電イオンを引っ張るための電圧ポテンシャルの使用であり、当該イオンを捕らえる一方で、水分子の通過を許容する。膜による脱塩処理は、濾過及び圧力を使用してイオンを溶液から除去する。逆浸透（ＲＯ）は、イオン溶液の浸透圧を克服するために塩水に圧力を適用する、広く使用されている脱塩技術である。圧力は、多孔性の膜を通じて水分子を真水の区画へと押す一方で、イオンが捕らえられて高濃度の塩水が生成される。真水を獲得するために浸透圧を克服することが必要とされるため、圧力が、これらのアプローチのコスト推進要素（driving cost factor）である。結晶化による脱塩は、結晶が、含有されるイオンなしで優先的に形成されるという現象に、基づいている。結晶化された水を生成することにより、氷またはメチル水和物のいずれかとして、純水が溶存イオンから孤立され得る。単純な氷結の場合、水は、その氷結点より低く冷却され、これにより氷を生成する。当該氷は、その後、純水を形成するために溶解される。メチル水和物の結晶化処理は、メタン水和物を形成するために塩水に浸透されるメタンガスを使用する。当該浸透は、水が氷結する温度よりも低い温度で生じる。メチル水和物は浮かび上がり、分離を容易にし、その後メタンと脱塩された水とに分離するために温められる。当該脱塩された水は回収され、メタンは再利用される。

脱塩のための蒸発及び濃縮は、一般に、エネルギー効率が高いと考えられているが、集中的な熱源を必要とする。大規模に運転される場合、脱塩のための蒸発及び濃縮は、一般に発電プラントと共に設置され、地理的な分布及び大きさで制限される傾向にある。

容量性脱イオンは、広くは使用されていない。これは、恐らく、容量性電極が除去された塩で汚れ、頻繁な保守点検を必要とする傾向にあるためである。必要な電圧は、極板の間隔及び流量に依存する傾向にあり、及び、当該電圧は、危険であり得る。

逆浸透（ＲＯ）フィルタは、浄水のために広く使用されている。ＲＯフィルタは、典型的には１ｍｍの全体厚さを有し、典型的にはアセチルセルロースまたはポリアミド薄膜複合物から製造される、多孔性のまたは半透性の膜を、使用する。当該膜は、便利な取り扱い及び膜の支持のために、しばしば、チューブ状の型の内部においてスパイラル状に束ねられている。当該膜は、ランダムな大きさの開口の分布を示し、最大サイズの開口は、水分子の通過を許容し、水中に溶存する塩等のイオンの通過を許容しないまたはブロックするために、十分に小さい。典型的な１ｍｍの厚さのＲＯ膜にもかかわらず、当該ＲＯ膜固有のランダム構造は、膜を通流する水のための、長く遠回りのまたは曲がりくねった通路を規定しており、これらの通路は、長さ１ｍｍよりも一段と長い。当該通路の長さ及びランダムな構成は、表面において水分子をイオンから引き離すために、及び、その後に水分子を浸透圧に逆らって膜を通じて移動させるために、実質的な圧力を必要とする。従って、ＲＯフィルタは、エネルギー効率が低い傾向にある。

図１は、ＲＯ膜１０の概念的な断面図である。図１において、膜１０は、上流のイオン水溶液に面する上流表面１２と、下流表面１４と、を規定している。上流側に図示されているイオンは、＋の電荷を有するナトリウム（Ｎａ）、及び、−の電荷を有する塩素（Ｃｌ）として、選択されている。ナトリウムは、４つの溶媒の水分子（Ｈ_２Ｏ）と関連付けられて図示されている。各水分子は、１つの酸素原子と２つの水素（Ｈ）原子とを含んでいる。図１のＲＯ膜１０内の水流のための通路２０の１つが、上流表面１２上の開口２０ｕから下流表面１４上の開口２０ｄまで延在するものとして、図示されている。通路２０は、入り組んだものとして図示されているが、実際の曲がりくねった実物（nature）を示すことは不可能である。また、２０として図示されている通路は、複数の上流の開口及び複数の下流の開口と相互接続されていると予想され得る。ＲＯ膜１０を貫通する通路２０は、入り組んでいるだけではなく、開口のいくつかが不可避のデブリによってブロックされるため、時間と共に変化する。

代替的な水の脱塩法または脱イオン法が、望まれている。

脱塩法及び脱イオン法に関連して、産業、商業及び製薬技術において、合成物を含有する溶存溶液から高い値で当該合成物を捕獲及び保存することに対するニーズもある。これらの合成物を原出所（original source）から製造し、抽出し及び生成するコストは、希少性、エネルギー及び輸送のコストを通じて、増加する。従って、高性能で選択的で永続性があり、様々な合成物の移動及び捕獲の手段を受け入れる採取膜が、求められている。

既存の採取及び捕獲の装置は、厚い多孔性の膜、吸収剤（または吸着剤）の球体が詰められたコラム、及び、クロマトグラフィまたは電気泳動の装置、を有している。これらのアプローチに関連付けられる当該装置は、制限された性能―単位時間、単位面積当たりの所望の合成物の捕獲体積として計測される―に、悩まされている。これは、主として、入力の複数成分の混合流が前述の装置を通流するにつれて、著しく妨げられるためである。この不十分な性能の主な理由は、ダルシー（Ｄ’Ａｒｃｙ）の流れ方程式で説明される。当該流れ方程式は、低速で多孔性の媒体を通流する流れを記述する。
１）Ｊ＝βΔｐ／ｄ
ここで、Ｊは膜を通過する流れ（ｍ^３／ｓｅｃ／ｍ^２）であり、Δｐは膜を横断しての圧力差（Ｎ／ｍ^２）であり、βは膜の摩擦パラメータであり、及び、ｄは膜圧（ｍ）である。既存の膜及び球体の装置は、５０〜１００ミクロン（１０^−６ｍ）の範囲に亘る厚み、及び、０．５から０．０５程度に小さい範囲でパラメータβに関連付けられる曲がりくねった通路、を有している。

前述の内容に基づき、本技術では改善された膜に対する明確なニーズがある。従って、本開示は、単一層乃至数層のグラフェンの名目上の厚さが０．３×１０^−９ｍでありβ＝１であるグラフェン膜を、供給する。これは、３３０，０００：１の浸透効率という点で、全体的な理論上の優位性をもたらす。

この寸法上の利点に加えて、グラフェンは、ヤング率が鋼鉄の１０００倍もあり、当該鋼鉄よりも極めて強度がある。それはまた、周囲の溶液に対して電荷を有し得るような導電性があり、及び、磁気的に中立である。これらの事実は、所望の合成物をその後の捕獲及び保存のためにグラフェンの表面から移動させるべく適用される、ある範囲の独自の方法を許容する。

前述の事項を考慮して、本発明の第１の特徴は、合成物の採取、捕獲及び保存のための選択的に穿孔されたグラフェン膜を、提供することである。

本発明の他の特徴は、少なくとも１枚のグラフェン膜であって、溶液の溶媒の通過を許容する一方で、同時に当該少なくとも１枚のグラフェン膜の表面上に所望の分子を引き止めるように選択されている複数の開口が開けられた、少なくとも１枚のグラフェン膜を提供する工程と、蓄積された前記所望の分子を、捕獲及び保存のために前記表面から移動させる工程と、を備えたことを特徴とする溶液から分子を回収するための方法を、提供することである。

前述の本発明の他の特徴は、前記所望の分子の蓄積が所定量に到達した時に、前記溶液の流れを停止させる工程を、有することである。

前述の本方法の他の特徴は、前記少なくとも１枚のグラフェン膜の上方および下方に間隔を開けて２つの電磁コイルを位置付ける工程と、前記表面から前記分子を移動させるために、強磁性の引力に対して応答性のある前記分子の成分のいずれかに対する電磁的な引力を生成するべく、前記電磁コイルに制御された電流を適用する工程と、によって前記移動させる工程を提供することである。当該移動させる工程の後、本方法は、移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液（free solution）を流す工程によって、継続され得る。

前述の本方法の他の特徴は、前記少なくとも１枚のグラフェン膜を少なくとも１つの多孔性圧電基板に関連付ける工程と、前記表面から前記分子を移動させるために、当該分子の成分のうちの１つの鉛直方向の移動を引き起こす力学的な偏向を生成するべく、前記少なくとも１つの多孔性圧電基板に電圧を適用する工程と、によって前記移動させる工程を提供することである。当該移動させる工程の後、本方法は、移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液を流す工程によって、継続され得る。

前述の本方法の他の特徴は、前記少なくとも１枚のグラフェン膜の、外径と、近位中心基準と、の間に電磁波生成回路を接続する工程と、前記分子を前記表面から移動させるために、前記所望の分子の成分のうちの１つの鉛直方向の移動を引き起こす、結合された横方向の帯電及び鉛直方向の力学的な偏向を生成するべく、少なくとも１枚のグラフェン膜に電磁波を適用する工程と、によって前記移動させる工程を提供することである。当該移動させる工程の後、本方法は、移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液を流す工程によって、継続され得る。

本発明の他の特徴は、入口と出口とを有する容器であって、当該入口は溶液を受容し、当該出口は当該溶液の溶媒を回収する、という容器と、少なくとも１枚のグラフェン膜であって、溶液の溶媒の通過を許容する一方で、同時に当該少なくとも１枚のグラフェン膜の表面上の所望の分子を引き止めるように選択されている複数の開口が開けられた、少なくとも１枚のグラフェン膜と、前記所望の分子を前記表面から移動させるために、前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている移動装置と、を備えたことを特徴とする分子を選択的に採取するための装置を提供することである。

本発明の他の特徴は、前記所望の分子の前記表面上での蓄積を監視するために、前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている検出装置を、提供することである。

本発明の他の特徴は、前記容器に関連付けられていた横断流入口及び横断流出口を提供することである。前記横断流入口は、移動された前記所望の分子を採取するために、自由溶液を前記少なくとも１枚のグラフェン膜の全体に亘って分配するように位置付けられており、前記横断流出口は、前記自由溶液及び移動された所望の分子を蓄積する。

本発明の一実施の形態では、前記移動装置は、それらの間に隙間を有する一対の電磁コイルと、前記所望の分子を前記表面から移動させるための電磁的な引力を生成するべく、少なくとも１つの前記電磁コイルに電流を適用する電流源と、を有し、前記少なくとも１枚のグラフェン膜は、前記隙間に受容されている。

本発明の他の実施の形態では、前記移動装置は、前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている少なくとも１つの多孔性圧電基板と、力学的な偏向を生成して前記所望の分子を前記表面から移動させるために、前記少なくとも１つの多孔性圧電基板に接続されている電圧源と、を有している。

更に他の実施の形態では、前記移動装置は、前記少なくとも１枚のグラフェン膜の外縁部と、当該少なくとも１枚のグラフェン膜の近位中心基準と、の間に接続されている電磁波生成回路を有し、前記電磁波の生成が、前記所望の分子の前記表面からの移動を引き起こす結合された横方向の帯電及び鉛直方向の力学的な偏向を、生成する。

本発明のこれら及び他の特徴及び利点は、後述の説明、添付の特許請求の範囲、及び、付随する図面を参照することで、より良く理解されるであろう。
従来技術の逆浸透（ＲＯ）濾過膜の概念的な断面図である。 有孔グラフェンシートを使用した、本発明の特徴に従った水濾過の概念図である。 図２の装置において使用され得る有孔グラフェンシートの平面図であり、複数の開口のうちの１つの形状を示している。 有孔グラフェンシートの平面図であり、０．６ナノメートルの直径の孔ないし開口、及び、孔の相互間の寸法、を示している。 図２の有孔グラフェンシートに接続されて使用され得る、裏打シートの平面図である。 本開示の特徴に従った水の脱イオンフィルタの概念図であり、濃縮されたイオンの分離のために複数の有孔グラフェンシートを使用している。 図６の装置に全体的に対応する鉛管の配置を示す簡略図であり、有孔グラフェンシートは、スパイラル状でありシリンダに取り囲まれている。 本発明のコンセプトに従ったグラフェン採取マニホルドの概略図（正確な縮尺ではない）である。 図８に示されているマニホルドに接続して使用される場合の、本発明のコンセプトに従った電磁的移動手段の概略図である。 図８に示されているマニホルドに接続して使用される場合の、本発明のコンセプトに従った電気機械的移動手段の概略図である。 図８に示されているマニホルドに接続して使用される場合の、本発明のコンセプトに従った静電移動手段の概略図である。

図２は、本開示の例示的な一実施の形態または特徴による、基本的な淡水化、塩分除去または脱イオンの装置２００の概念図である。図２では、チャネル２１０が、イオン含有水を支持チャンバ２１４内に装着されている濾過膜２１２まで、運ぶ。イオン含有水は、例えば、海水または塩水であり得る。例示的な一実施の形態では、濾過膜２１２は、既知の態様でチューブ状に巻かれ得る。図２のチャネル２１０を通流するイオン含有水の流れの勢いまたは圧力は、タンク２１６からの重力またはポンプ２１８によって、与えられ得る。バルブ２３０及び２３８は、イオン含有水の出所の選択を許容する。設備または装置２００において、濾過膜２１２は、有孔グラフェンシートである。グラフェンは、炭素原子の単一原子層厚の層であり、図３に示されているように、グラフェンシート３１０を規定するべく相互に結合されている。単一のグラフェンシートの厚さは、約０．２から０．３ナノメートル（ｎｍ）である。多層のグラフェンシートが形成され得て、より大きな厚みと対応するより大きな強度とを有する。多層のグラフェンシートは、当該シートが成長または形成されるに従って、複数の層で提供され得る。あるいは、多層のグラフェンシートは、１枚のシートを他のシートの上に積層する、または、位置付けることによって、達成され得る。ここで開示される全ての実施の形態に対して、単一のシートのグラフェンまたは多層のグラフェンシートが使用され得る。自己粘着性の結果として多層のグラフェンがそれらの一体性及び機能を維持するということを、試験が明らかにしている。このことは、シートの強度、及び、いくつかの場合では電流性能（flow performance）、を向上させる。図３のグラフェンシート３１０の炭素原子は、６個の炭素原子から構築される六角形の環状構造（ベンゼン環）の繰り返しのパターンを規定しており、これが炭素原子のハニカム格子を形成している。各６個の炭素原子の環状構造によって格子間開口３０８がシート内に形成されており、この格子間開口３０８は、１ナノメートル未満の幅である。実際、当業者は、格子間開口３０８はその最長の寸法に亘っては約０．２３ナノメートルであると信じられているということを、理解するであろう。従って、開口３０８の寸法及び形態、並びに、グラフェンの選択特性（election nature）は、孔が無いならば、当該グラフェンの厚みを横切るあらゆる分子の移動を排除する。この寸法は、水やイオンの通過を許容するには、あまりにも小さい。図２の有孔グラフェンシート２１２を形成するために、図３に示されているように、１以上の開口が形成される。代表的な、一般的または名目的な円形の開口３１２が、グラフェンシート３１０を貫通して規定されている。開口３１２は、約０．６ナノメートルの名目的な直径を有している。０．６ナノメートルの寸法は、食塩水中または塩水中に通常想定される最小のイオンであるナトリウムイオンをブロックするために、選択されている。開口３１２の全体的に円形の形状は、開口の縁部が、部分的にグラフェンシート３１０の炭素の六角形の環状構造によって規定されているという事実によって、影響される。

開口３１２は、選択的酸化によって作られ得て、当該選択的酸化とは、選択された時間に亘り酸化剤に曝すことが意味される。開口３１２はまた、荷電粒子衝撃（charged particle bombardment）の後に続く前述の選択的酸化によっても形成され得る、ということが信じられている。刊行物Nano Lett. 2008, Vol.8, No. 7, pp 1965-1970で説明されているように、最も簡単な穿孔手法は、アルゴン内に希釈された酸素を用いて、高温でグラフェンフィルムを処理することである。そこで説明されているように、５００℃で２時間に亘り１気圧（ａｔｍ）のアルゴン内の３５０ｍＴｏｒｒの酸素を用いると、２０から１８０ｎｍの範囲の貫通孔がグラフェン内にエッチングされる。文献は、孔の数がグラフェンシート内の欠陥に関連し、孔の寸法が滞留時間に関連する、ということを合理的に提唱している。このことは、グラフェンの構造内に所望の孔を形成するための好ましい方法であると信じられている。前記構造は、グラフェンナノプレートレット（graphen nanoplatelets）及びグラフェンナノリボンであり得る。従って、所望の範囲の孔が、より短い酸化時間によって形成され得る。Kimらの“Fabrication and Characterization of Large Area, Semiconducting Nanoperforated Graphene Materials,”Nano Letters 2010 Vol.10, No. 4, 2010年3月1日, pp 1125-1131に記載されたような、より入り組んだ他の方法は、反応性イオンエッチングを使用したパターニングに好適なマスクを生成する自己組織化ポリマ（self assembling polymer）を使用する。Ｐ（Ｓ−ブロックＭＭＡ）ブロック共重合体は、再構築（redeveloping）の際にＲＩＥのためのビアを形成するＰＭＭＡコラムの配列を形成する。孔のパターンは、非常に密集している。孔の数及び大きさは、ＰＭＭＡブロックの分子量及びＰ（Ｓ−ＭＭＡ）内のＰＭＭＡの重量分率によって、制御される。どちらの方法も、有孔グラフェンシートを生産するための可能性を有している。

前述の通り、図３のグラフェンシート３１０は、ほんの単一の原子の厚みを有している。従って、当該シートは、柔軟な傾向にある。グラフェンシートの柔軟性は、当該シート２１２に裏打構造を適用することによって、向上され得る。図２において、有孔グラフェンシート２１２の裏打構造は、２２０として図示されている。本実施の形態における裏打構造２２０は、四フッ化エチレン樹脂の有孔のシートであり、時にはポリテトラフルオロエタンとして知られている。代替の効果的な裏打材料は、選択的に穿孔されているポリカーボネートプラスチック膜である。裏打シートの厚さは、例えば、１ミリメートル（ｍｍ）であり得る。

図２の設備または装置では、有孔膜２１２に対して通路２１０を通じて適用されるイオン含有水の圧力は、タンク２１６からの重力によって与えられ得て、それにより、装置２００の１つの特徴を強調している、ということが述べられるべきである。すなわち、ＲＯ膜とは異なり、有孔膜２１２を形成する有孔グラフェンシート３１２は、疎水性であり、貫通されている開口（図３Ａの３１２）を通流する水は、濡れによる引力によって邪魔されない。また、前述の通り、グラフェンシート３１０における開口３１２を貫通する流路の長さは、シートの厚みと同一であり、約０．２から０．３ｎｍである。この長さは、ＲＯ膜を貫通して延在するランダム流路の長さよりも極めて短い。その結果として、流体が流れるために極めて小さな圧力が必要とされ、あるいは反対に、所定の圧力における流れは、有孔グラフェンシート３１０においてより大きい。これは、今度は、イオンの分離のための低いエネルギーの必要につながる。浸透圧に対抗して水に膜を通過させるためにＲＯ膜において必要とされる圧力は、膜を加熱する結果となる摩擦の成分を含んでいる、ということが信じられている。その結果、ＲＯ膜に適用される圧力のいくらかは、浸透圧の克服に向かわず、その代わりに熱になる。シミュレーション結果が、有孔グラフェンシートは必要な圧力を少なくとも５倍も減少する、ということを示している。従って、ＲＯ膜が、特定のイオン濃度に脱イオン化された水の特定の流れをもたらすために、上流側で１平方インチ当たり４０ポンド（ＰＳＩ）の圧力を必要とするところ、同一の流量のために、有孔グラフェンシートは８ＰＳＩ以下を要求し得る。

前述の通り、図２のグラフェンシート２１２（または、同等に、図３のグラフェンシート３１０）内の開口３１２は、源水（source water）において予想される最小のイオンの通過を禁じるように、寸法決めされている。その結果、当該最小のイオンと等しい大きさの、または、それよりも大きい大きさのあらゆるイオンは、有孔グラフェンシート２１２を通過せず、そのようなイオンは、グラフェンシートの支持チャンバ２１４の上流側２２６において蓄積することが、予想され得る。この「チャンバ」２２６の上流におけるイオンの蓄積は、ここでは、「スラッジ」と呼ばれ、結局は有孔グラフェンシート２１２を通流する水流を減少させることになる。これにより、それ（有孔グラフェンシート２１２）を脱イオンにとって効果の無いものにする傾向にある。図２に示されているように、スラッジをパージまたは放出することを許容するために、放出弁２３２と共に更なる通路２３０が提供されている。従って、図２の設備または装置２００の運転は、「バッチ（batch）」モードであり得る。バッチ運転の第１のモードは、流れを妨げるために放出弁２３２が閉じられた状態で、通路２１０を通流するイオン含有水の流れと共に生じる。当該イオン含有水は、支持チャンバ２１４の上流側２２６を満たす。水分子は、支持チャンバ２１４の下流側２２７まで、図２の有孔グラフェンシート２１２及び裏打シート２２０を通流することが許容される。従って、脱イオンされた水は、一定期間、下流部分２２７に蓄積し、通路２２２を通じてタンク２２４として図示されている捕獲容器に排出されて入手できる。やがて、支持チャンバの上流部分２２６におけるイオンの蓄積または濃縮が、有孔グラフェンシート２１２を通流する水流を減少させがちになる。上流のチャンバまたは上流側２２６上の、あるいは、その内部に蓄積されたイオン／水の濃縮混合物をパージするために、弁２３２が開けられる。それは、当該イオン／水の濃縮混合物がパージされることを許容する一方で、上流部分２２６にはタンク２１６またはポンプ２１８からイオン含有水が補充される。バルブ２３２はその後閉じられて、他の濾過サイクルが始まる。これは、脱イオン水の生産及び容器２２４における脱イオン水の蓄積をもたらす。

図４は、図３のそれのような開口を複数有しているグラフェンシートの図である。図４のシートは、（３、４または５個の）開口を規定している。原理的には、流量は開口の密度に比例するであろう。開口の密度が上昇するにつれて、当該開口を通流する流れは、「激しく」なり得る。これは、所定の圧力において流れに悪影響を及ぼす。また、開口の密度が上昇するにつれて、基礎をなすグラフェンシートの強度が局所的に低下し得る。そのような強度の低下は、いくつかの状況下では、膜の破断をもたらし得る。開口間の中心から中心までの間隔は、０．６ナノメートルの開口にとって、１５ナノメートルの値で最適に近いと信じられている。

図５は、図２のグラフェンシートと共に使用され得る裏打シートの構造の簡略図である。図５では、裏打シート２２０は、ポリテトラフルオロエタンとしても知られている、四フッ化エチレン樹脂のフィラメント５２０から作られており、長方形の格子として配置されてそれらの交点で接合または融合されている。代替の効果的な裏打材料は、選択的に穿孔されたポリカーボネートプラスチック膜である。有孔グラフェンシートと同様に、裏打シートの寸法は、十分な強度と比例して、最大の流れのために可能な限り大きくされるべきである。同じ方向に向けられている相互に隣接するフィラメント５２０間の間隔は、名目的には１００ｎｍであり得て、フィラメントは、４０ｎｍの名目上の直径を有している。グラフェンシートの引張強度は大きく、従って、裏打シート内のかなり大きな支持されていない領域は、問題を引き起こさない。

図６は、本開示の他の実施の形態または特徴に従った脱イオンまたは脱塩の装置６００の概念図であり、異なって穿孔された複数層のグラフェンシートが、使用されている。図６では、図２のそれらに対応する要素が、同様の参照英数字によって示されている。図６の支持チャンバ６１４の内部で、上流及び下流の有孔グラフェンシート６１２ａ及び６１２ｂが、それぞれ、当該チャンバを３つの体積乃至部分、すなわち、上流部分または上流チャンバ６２６ａ、下流部分または下流チャンバ６２７ａ、及び、中間部分または中間チャンバ６２９に、分割している。各有孔グラフェンシート６１２ａ及び６１２ｂは、裏打シートに結合されている。特には、有孔グラフェンシート６１２ａは、シート６２０ａによって裏打されており、有孔グラフェンシート６１２ｂは、シート６２０ｂによって裏打されている。有孔グラフェンシート６１２ａ及び６１２ｂの開口は、相互に異なっている。特に、上流のグラフェンシート６１２ａは、塩素イオンの流れを禁止または不可化するように、及び、ナトリウムイオンを含有する水の流れを可能にするように選択された開口６１２ａｃによって、穿孔されている。これらの開口は、名目上の直径が０．９ナノメートルである。従って、０．９ナノメートルよりも大きい事実上の直径を有している塩素イオンは、有孔グラフェンシート６１２ａを通過できず、ただ上流部分または上流チャンバ６２６ａに残存する。いくつかの実施の形態では、開口６１２ａｃは、名目上の直径において０．８から１．２ｎｍの範囲に亘り得て、塩素イオンの流れの禁止または不可化において効果がある、ということが信じられている。ナトリウムイオンを含有する水は、有孔グラフェンシート６１２ａを通じて中間チャンバ６２９内に、流れ得る。下流の有孔グラフェンシート６１２ｂは、ナトリウムイオンの流れを禁止または不可化するように、及び、水分子の流れを許容するように選択された開口６１２ｂｓで、穿孔されている。これらの開口は、名目上の直径において０．６ｎｍである。従って、０．９ナノメートルつまり０．８から１．２ナノメートルよりも大きい事実上の直径を有する塩素イオンは、有孔グラフェンシート６１２ａの開口６１２ａｃを通過できないが、ナトリウムイオンを含有する水は、有孔グラフェンシート６１２ａの開口６１２ａｃを通じて、中間チャンバ６２９内に流れ得る。ナトリウムイオンは、下流の有孔グラフェンシート６１２ｂを通過できず、従って中間チャンバ６２９内に残存または蓄積する。少なくとも塩素及びナトリウムのイオンを含まない水分子（Ｈ２Ｏ）は、有孔グラフェンシート６１２ｂの開口６１２ｂｓを通じて、中間部分または中間チャンバ６２９から下流部分または下流チャンバ６２７ｂに流れ得て、そこから、通路２２２及び回収容器２２４を通じて、脱イオン水が回収され得る。

図２の脱イオンの装置２００の場合と同様に、図６の設備または装置６００は、脱塩化の運転の間にイオンを蓄積または濃縮する。しかしながら、図２の設備または装置とは異なり、脱イオン装置６００は、少なくとも部分的に分離されたイオンの濃縮物を生成する。特には、塩素及びナトリウムのイオンを含有する水の流れから、設備６００の上流部分または上流チャンバ６２６ａは、主として塩素イオンからなるスラッジの濃縮物を蓄積し、及び、中間部分または中間チャンバ６２９は、主としてナトリウムイオンの濃縮物を蓄積する。これらの濃縮されたイオンは、それぞれ、パージ接続６３０ａ及び６３０ｂ、並びに、それらのパージ弁６３２ａ及び６３２ｂの選択的制御によって、分離して抽出され得る。特には、弁６３２ａは、濃縮された塩素イオンを上流部分または上流チャンバ６２６ａからタンク６３４ａとして図示されている回収容器まで流れることを許容するために開けられ得て、及び、弁６３２ｂは、濃縮されたナトリウムイオンを中間部分または中間チャンバ６２９からタンク６３４ｂとして図示されている回収容器まで流れることを許容するために開けられ得る。理想的には、パージ弁６３２ａは、ナトリウムイオンに富むスラッジを中間チャンバ６２９から洗い流すことを援助するために有孔グラフェンシート６１２ａを通流する水流を提供するべく、有孔グラフェンシート６１２ａを横断していくらかの圧力が維持されるように、中間部分または中間タンク６２９のパージが開始される前に、閉じられる。パージ弁６３２ａ及び６３２ｂは、脱塩処理に先立ち、閉じられる。ナトリウムイオンの場合における固形状への転換、あるいは、塩素の場合における気体状への転換に関しては、パージされて回収される濃縮されたイオンは、経済的価値を有する。海水は大量のベリリウム塩を含有しており、これらの塩は、優先的に濃縮されるならば触媒として医薬産業にとって価値を有する、ということが述べられるべきである。

更に、横断流（cross-flow）弁６５４ａ及び６５４ｂが図６に示されており、流路６５８と上流部分または上流チャンバ６２６ａと中間部分または中間チャンバ６２９とを、それぞれ連絡している。複数のイオンを含有する未濾過水２０１が、弁６５２を開けることによって流路６５８に送られ得る、あるいは、脱イオン水２０２が、ポンプ６６０を駆動することによってタンク２２４から供給され得る。ポンプ６６０から、脱塩水は、チェック弁６５６を通じて流路６５８に流れる。横断流弁６５４ａ及び６５４ｂは、パージ弁６３２ａ及び６３２ｂと同時にそれぞれ開閉され、これにより、チャンバからのスラッジのパージを促進する。

図７は、本開示の特徴に従った脱イオンまたはイオン分離の装置の簡略図である。図６のそれらと対応する図７の要素は、同様の参照英数字によって示されている。図７では、有孔グラフェンシート６１２ａ及び６１２ｂは、円筒状の型の内部で丸められてまたはスパイラル状に巻かれており、それぞれ、ＲＯ膜の技術から知られているように、７１２ａ及び７１２ｂとして図示されているハウジング内に、挿入されている。

当業者は、塩素及びナトリウム以外のイオンは、選択的に穿孔されたグラフェンシートによって水から除去され得る、ということを理解するであろう。

今、図８を参照すると、合成物を採取、捕獲及び保存するためのマニホルドが、全体として数字８００によって示されているのが確認され得る。当該マニホルド８００は、流体、気体または他のあらゆる多成分の溶液または合成物を受容する容器８０２を、有している。容器は、当該容器の上部に位置する主入口８０４と、当該容器の下部に位置する主出口８０６と、を有している。容器は、加圧され得て、または無加圧とされ得て、図示されているように円錐状の上部及び漏斗状の下部を有して形成され得る、ということが理解されるであろう。しかしながら、容器は、適切に寸法決めされ得て、受容される材料及び／または所望の成分を後述される態様で溶液または混合物から捕獲及び保存するために必要とされるように、任意の形状に寸法決めされ及び適合され得る。

容器８０２は、主入口８０４を通じて、いくつかの実施の形態において溶液内に溶解し得る、複数の所望の及び不所望の成分の双方を含む多成分の溶液または混合物を、受容する。当業者は、当該溶液は水溶性または水性または本質的に有機的であり得て、それらのいずれもが成分を溶液内に溶解するために十分である、ということを理解するであろう。容器８０２は、入口８０４から出口８０６まで実質的に延在する壁８０８から、構築されている。いくつかの実施の形態では、当該壁は、容器８０２へ内部アクセスを許容するために、モジュール式に組立てられていて分離可能な、複数のセクション８１０に分割され得る。各セクションは、モジュール式に構成されているか否かに関わらず、特定のセクションに関連付けられている各構成部分に沿って対応するアルファベットの接尾辞（Ａ、Ｂ等）が設けられている。汚染成分が容器に入り込むことを防止するために、及び、溶液が不注意にも容器から出てしまうことを防止するために、組立時にセクションが相互に固定及びシールされる、ということも更に理解されるであろう。多成分の溶液または混合物は、材料源８１６から方向付けられ、当該材料は、予備濾過され得る、または、され得ない。

各セクション８１０には、横断流入口８２０及び横断流出口８２２が設けられている。多くの実施の形態では、当該入口８２０及び当該出口８２２は、互いに正反対である。しかしながら、他の実施の形態では、入口８２０及び出口８２２は、後述されるように、多成分の溶液から保存された材料の回収に資する態様で配置されている、ということが理解されるであろう。横断流入口８２０に関連付けられているポンプ８２４が、各セクション８１０に更に関連付けられている。各出口８２２は、そこに弁８２６が関連付けられている。回収容器８３２が、後述される態様で、所望の成分を受容するために各セクション８１０に、関連付けられている。容器８０２は、３つのセクション８１０Ａ、８１０Ｂ及び８１０Ｃを有して図示されているが、他の実施の形態では、多成分の溶液から捕獲される分子及び／または成分に基づいて、必要に応じた任意の数（１、２、４以上）の横断流入口及び横断流出口を有し得る単一壁の容器を規定し得る、ということが理解されるであろう。

提供される場合には各セクション８１０に関連付けられている、あるいは、対応する入口８２０及び出口８２２に関連付けられているのは、有孔グラフェン膜８３６である。後述される本実施の形態における各有孔グラフェン膜８３６は、前述の濾過膜２１２／グラフェンシート３１０の特性及び特徴を提供するように、構成されている。各グラフェン膜８３６には、一定の成分の通過を許容する一方で他の成分の通過を禁止するように寸法決めされている複数の穴８３８が、設けられている。 図示されている実施の形態では、３枚のグラフェン膜８３６が提供されているということが、理解されるであろう。最も大きな直径の穴を有するグラフェン膜８３６は、容器８０２の上部または入口弁８１８の最も近傍に、位置付けられている。膜８３６は、容器８０２内に支持されている適切な支持構造に固定される、及び、いくつかの実施の形態では、取外し可能に取り付けられる。特に、膜の支持材８４２は、グラフェン膜を適切な位置で保持するために、壁８０８の内部表面８４４から延在している。前述の通り、いくつかの実施の形態では、四フッ化エチレン樹脂または選択的に穿孔されたポリカーボネート等から作られ得る裏打材料または裏打シートが、補強または支持するために、あるいは、それとは異なり、位置決めを容易にして各膜８３６を容器８０２内で支持するために、使用され得る。前述の通り、１以上のグラフェン膜８３６が容器８０２内に位置付けられる場合、その時には、入口弁８１８に最も近い膜は、最大径の穴の直径を有し、そこ（入口弁８１８）に最も近接して位置付けられる。グラフェンの層は、その後Ｚ方向において、減少する開口直径の鉛直のシーケンスで、位置付けられる。換言すれば、容器内に複数のグラフェン膜が提供される場合、他のグラフェン膜の下方に位置付けられる各グラフェン膜は、すぐ上のグラフェン膜よりも小さな直径の穴または開口を有する。溶液が入口弁８１８からグラフェン膜８３６を通じて出口弁８２８に向かって流れるにつれて、多成分の溶液は、各膜の上面８４０上に連続的により小さい直径の分子混合物が蓄積するように、減少する開口径を有する複数の連続的なグラフェン膜の各々を通過して、落下する。この態様では、多成分の溶液のいくつかの分子または成分が、採取及び捕獲され得る。

容器を通流する溶液の流れを制御するために、及び、適切な場合には、蓄積された分子を回収するべくグラフェン膜を横切って分配される横断流の溶液を制御するために、制御システム８５０が、様々なポンプ８２４、入口弁８１８及び出口弁８２６に接続されている。当業者は、制御システム８５０は、マニホルドの様々な構成部分から情報を受け取るための、及び、それらの運転を制御するための、必要なハードウエア及びソフトウエアを提供している、ということを理解するであろう。当該制御システムに接続され、それにより監視され、及び、それにより制御される、マニホルド８００の各構成部分は、大文字Ａ〜Ｆによって示されている。例として、すべてのポンプ８２４は、大文字Ｂの制御システムに接続されている。

検出装置８５２が、各グラフェン膜８３６及び制御システム８５０に、及び、適切な場合、容器８０２の各セクション８１０に、接続されている。当該検出装置８５２は、各膜に関連付けられており、及び、膜を通過しないグラフェン膜８３６上の分子の蓄積を監視する。当該検出装置８５２は、透過スペクトルの振幅が計測され、参照値と比較される光学装置であり得る。この情報は、制御システム８５０に提供される。検出装置８５２の他のタイプは、膜の抵抗またはインピーダンスのいずれかが、材料の蓄積量に従って変化する電気装置であり得る。換言すれば、所定の水準の分子が膜上に蓄積すると、その抵抗値が適宜変化する。そして、制御システム８５０は、入口弁８１８を閉じることによって材料の流れを停止するために、及び、蓄積された分子が採取されることを許容するために、所定の閾値が到達される時を検出する。更に他の検出装置８５２は、グラフェン膜の固有振動数及び減衰モードが物質の蓄積量に応じて変化する機械装置を、有し得る。従って、ひとたび前述の任意の手段によって、分子の所定の閾値量が、いずれか１つのグラフェン膜に、または、グラフェン膜の任意の組合せに蓄積したということを検出すると、制御システム８５０は、入口弁８１８を閉じ、及び、採取のために残りの分子が完全に沈殿及び蓄積することを許容する。適切な時点で、制御システム８５０は、後述のように、分子が捕獲され及び保存され得るように、適切なグラフェン膜８３６の表面から合成物の移動を開始する。

図８に示されるように、制御システム８５０は、大文字Ｄによって表されている検出装置８５２に、及び、大文字Ｅによって表されている一定数の移動装置８５４にも、接続されている。換言すれば、光学装置のどれもが、図示されている膜のいずれかに関連付けられており、及び、同様の態様で、開示される移動装置８５４のいずれもが、図示されている膜８３６のいずれかに接続されている。ここで開示されている移動装置は、容器内に保持されているということが把握されるが、他の実施の形態では、適切なセクション８１０が取り除かれて、その時には移動装置８５４がグラフェン膜に関連付けられる、ということも想定される。

今、図９を参照すると、１つの移動装置が全体として数字８６０によって示されており、電磁的移動装置として呼ばれる。この実施の形態では、一対の電磁コイル８６２、８６４が、グラフェン層８３６に関連付けられている。当該グラフェン膜８３６は、電磁コイル８６２及び８６４の間に位置付けられており、当該コイルは、その間に距離ｄによって規定される隙間８６６を有している。各電磁コイルは、それぞれワイヤ８６３及び８６５に関連付けられている。制御システム８５０によって制御される電流源８６８が、磁力を生成するためにワイヤの１本に沿って電磁石の１つに電流を送るべく、同時の、または、協働的なシーケンスで、利用される。特に、電流の生成は、コイルに適用される電流に正比例して制御される磁気双極モーメント（Ｆ_ｍ＝βＮＡｉ／ｄ）を生成する、ということが理解されるであろう。従って、膜の上面８４０に捕らえられる全てのクラス及び大きさの強磁性の材料または分子に対して、Ｚ方向の移動力が生成され、及び、材料を自由溶液８７６内に上昇させるように制御される。図８に示されるように、グラフェン膜８３６の表面８４０から移動された、または、依然として当該表面上に蓄積している分子を収穫するために、自由溶液８７６は、入口８２０及びセクション８１０を通じて、ポンプ８２４を介して横断排水（cross-flushed）される。従って、自由溶液８７６がセクション８１０を通流するので、移動された材料は吸収され、及び／または、そうでなければ、更なる処理または精製のために、出口８２２及び開いた弁８２６を通じて適切な回収容器８３２内へ、進められる。運転においては、移動装置８６０が最初に操作され得て、一定時間の後に隣接する入口８２０に関連付けられている適切なポンプ８２４が、自由溶液中に移動された分子を吸収または保持し、出口または排出口８２２を通じて適切な容器８３２にそれらを回収するべく、グラフェン膜の表面を横切って自由溶液が流れるように、操作される。制御システム８５０は、採取された分子を捕獲するために、適切なシーケンスの操作イベントを提供する。

今、図１０を参照すると、他の移動装置が、全体として数字８８０によって示されている。当該移動装置８８０は、電気機械装置であり、多孔性圧電基板８８２が、グラフェン膜８３６に関連付けられている。当該多孔性圧電基板８８２には、ブロックされない溶液の通流を許容するために、穴８３８よりも十分に大きな穴が設けられている。基板８８２は接地接続を有している、ということが認められるであろう。当該基板８８２は、膜８３６に隣接及び非常に近接して、あるいは、接触して、位置付けられている。基板８８２は、制御システム８５０に接続されている電圧源８８４に接続されている。開位置で図示されているスイッチ８８６も、当該制御システム８５０によって制御され、及び、電圧源８８４と基板８８２との間に接続されている。前述の実施の形態と実質的に同様の態様で、膜８３６を通過する自由溶液８７６によってそれ（蓄積された分子）が吸収され及び／または取り除かれ得るように、グラフェン膜、特に表面８４０から、蓄積された分子を移動させるために、振動のような移動力Ｆ_ｐ＝αＶｓｉｎ（ｗｔ）を生成するべく、制御システム８５０は、電圧の振幅及び切替頻度（スイッチ８８６が開閉される時の割合及びタイミング）を制御する。いずれにせよ、膜８８２は、グラフェン膜に対して支持構造として振る舞い、その鉛直のＺ方向の時間対変形が、スイッチ８８６を通じての適用電圧に正比例して制御され得る。三フッ化ポリビニリデンまたは任意の他のフッ化ポリマ材料を含む任意の適切な圧電膜がこの応用において使用され得る、ということが当業者に理解されるであろう。膜表面で捕獲された分子の全てのクラス及びサイズに対して、Ｚ方向の移動力が生成され、及び、それがその後に横断排水されて回収容器８３２内で採取され得る自由溶液内に材料を上昇させるように、制御される。

今、図１１を参照すると、静電移動装置が全体として数字９００によって示されていることが、視認され得る。本実施の形態では、グラフェン膜８３６は、制御システム８５０に関連付けられており、膜の外周に取り付けられている第１ワイヤ９０１Ａと、接地（ground）と膜８３６の中心近傍のまたは中心に非常に近い接地基準（ground reference）との間に取り付けられている第２ワイヤ９０１Ｂと、を有する複数のワイヤが、膜８３６に取り付けられている。当該移動装置９００は、制御システム８５０に接続されて当該制御システム８５０によって制御され、アナログ信号を電磁波信号９０６を生成するオペアンプ９０４に提供する、デジタル／アナログ変換機９０２を有している。電磁波信号９０６は、ワイヤ９０１Ａを介してグラフェン膜８３６の外周に、適用される。グラフェンの独自の導電特性のために、有孔グラフェン膜の外径への電磁波信号９０６の適用によって、電磁波が生成される。当該電磁波信号９０６は、波力Ｆ_ｅｓ＝βＥ（ａ_１ｓｉｎ（ω_ｉｔ＋φ_ｉ））を生成する。波は、接地とグラフェン膜の外径との間の相対的な電圧差に従って、接地基準に向かって内側に伝播する。グラフェン膜上に蓄積した材料が、静電気力に応じて静電気的に鉛直方向に追い払われるにつれて、自由溶液中の材料濃度が、導電率計９１６によって感知される。計器９１６は、材料の移動を最大化するために、適用される波の時系列（wave time series）を和らげる（moderate）べく、アナログ／デジタル変換機９１８を介して制御システム８５０に接続されている。ひとたび、導電率の所定の閾値が計器９１６によって検出されると、制御システム８５０は、自由溶液、及び、前述の実施の形態において説明されたような関連付けられた材料、の横断流の排水を継続する。

先に論じられたように、複数のグラフェン膜が利用される場合、各膜に関する開口寸法は、大径から小径へと向かう。例えば、第１グラフェン膜によってブロックされ、Ｒ１として示されている分子が存在する一方、わずかに小さい分子は、グラフェン膜８３６Ｂによってブロックされ、Ｒ２として特定されている。最後に、一層小さい分子は、Ｒ３として特定されており、グラフェン膜８３６Ｃによってブロックされる。いずれの膜によってもブロックされずに通過し、浸透物として特定される分子は、回収容器８３２において回収される。

制御システム８５０は、適用される電力を最小化し、及び、所望の分子を回収するために、実効的な態様で、弁８１８及び８２６、ポンプ８２４、並びに、移動機構８５４の作動と協働する。制御システム８５０及び関連付けられた移動機構は、その捕獲を促進するために、表面８４０上に蓄積された材料を膜８３６を横切って当該膜及びハウジング８２０の外周まで追い出すように構成されている、ということが更に理解されるであろう。

本発明の利点は、容易に明らかにされた。特に、装置８００は、明確に寸法決めされた分子を効果的に採取し得て、及び、それらをグラフェン膜の表面から効果的に除去し得る。これは、分子が固まった場合、さもなければ、単純な溶液の横断流によってはそれらが容易には移動され得ない態様で蓄積した場合に、有益である。容器及び関連する方法は、容器から膜を除去する必要なしに分子の除去を許容する。グラフェンの独自の導電特性は、現在の実務において既存のポリマの、故に絶縁性の膜を与えない態様で、前述の電気的移動手段及び採取手段の適用を許容する。

従って、本発明の目的は、以上に示された構造及びその使用方法によって満足させられることが理解され得る。特許法に従って、最良の形態及び好ましい実施の形態のみが詳細に示されて説明されているが、本発明がそれによって限定されないということが理解されるべきである。従って、本発明の真の範囲及び幅の認識について、以下に続く特許請求の範囲が参照されるべきである。

Claims (14)

1. 少なくとも１枚のグラフェン膜であって、溶液の溶媒の通過を許容する一方で、同時に当該少なくとも１枚のグラフェン膜の表面上に所望の分子を引き止めるように選択されている複数の開口が開けられた、少なくとも１枚のグラフェン膜を提供する工程と、
   蓄積された前記所望の分子を、捕獲及び保存のために前記表面から移動させる工程と、
   を備えたことを特徴とする溶液から分子を回収するための方法。
2. 前記所望の分子の蓄積が所定量に到達した時に、前記溶液の流れを停止させる工程
   を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記移動させる工程は、
   前記少なくとも１枚のグラフェン膜の上方および下方に間隔を開けて２つの電磁コイルを位置付ける工程と、
   前記表面から前記分子を移動させるために、強磁性の引力に対して応答性のある前記分子の成分のいずれかに対する電磁的な引力を生成するべく、前記電磁コイルに制御された電流を適用する工程と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液（free solution）を流す工程
   を更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記移動させる工程は、
   前記少なくとも１枚のグラフェン膜を少なくとも１つの多孔性圧電基板に関連付ける工程と、
   前記表面から前記分子を移動させるために、当該分子の成分のうちの１つの鉛直方向の移動を引き起こす力学的な偏向を生成するべく、前記少なくとも１つの多孔性圧電基板に電圧を適用する工程と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
6. 移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液を流す工程
   を更に備えたことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記移動させる方法は、
   前記少なくとも１枚のグラフェン膜の、外径と、近位中心基準と、の間に電磁波生成回路を接続する工程と、
   前記分子を前記表面から移動させるために、前記所望の分子の成分のうちの１つの鉛直方向の移動を引き起こす、結合された横方向の帯電及び鉛直方向の力学的な偏向を生成するべく、少なくとも１枚のグラフェン膜に電磁波を適用する工程と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
8. 移動された前記所望の分子を採取するために、前記表面を横切って自由溶液を流す工程
   を更に備えたことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 入口と出口とを有する容器であって、当該入口は溶液を受容し、当該出口は当該溶液の溶媒を回収する、という容器と、
   少なくとも１枚のグラフェン膜であって、溶液の溶媒の通過を許容する一方で、同時に当該少なくとも１枚のグラフェン膜の表面上の所望の分子を引き止めるように選択されている複数の開口が開けられた、少なくとも１枚のグラフェン膜と、
   前記所望の分子を前記表面から移動させるために、前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている移動装置と、
   を備えたことを特徴とする、分子を選択的に採取するための装置。
10. 前記所望の分子の前記表面上での蓄積を監視するために、前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている検出装置
    を更に備えたことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記容器に関連付けられている横断流入口及び横断流出口
    を更に備え、
    前記横断流入口は、移動された前記所望の分子を採取するために、自由溶液を前記少なくとも１枚のグラフェン膜の全体に亘って分配するように位置付けられており、
    前記横断流出口は、前記自由溶液及び移動された所望の分子を蓄積する
    ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
12. 前記移動装置は、
    それらの間に隙間を有する一対の電磁コイルと、
    前記所望の分子を前記表面から移動させるための電磁的な引力を生成するべく、少なくとも１つの前記電磁コイルに電流を適用する電流源と、
    を有し、
    前記少なくとも１枚のグラフェン膜は、前記隙間に受容されている
    ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記移動装置は、
    前記少なくとも１枚のグラフェン膜に関連付けられている少なくとも１つの多孔性圧電基板と、
    力学的な偏向を生成して前記所望の分子を前記表面から移動させるために、前記少なくとも１つの多孔性圧電基板に接続されている電圧源と、
    を有する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
14. 前記移動装置は、
    前記少なくとも１枚のグラフェン膜の外縁部と、当該少なくとも１枚のグラフェン膜の近位中心基準と、の間に接続されている電磁波生成回路
    を有し、
    前記電磁波の生成が、前記所望の分子の前記表面からの移動を引き起こす結合された横方向の帯電及び鉛直方向の力学的な偏向を生成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。

Images