TW201940220A - 選擇性滲透的石墨烯氧化物元件 - Google Patents

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Abstract

本說明書描述諸如氧化石墨烯和聚合物基底之選擇性滲透元件的一石墨烯材料，其提供諸如流體、氣體或蒸氣的極性和非極性分子間選擇性滲透率。亦描述這些選擇性滲透元件和相關裝置的製造方法。

Description

選擇性滲透的石墨烯氧化物元件
本發明實施例是有關於聚合物薄膜，並提供一種含有石墨烯材料的薄膜、用來移除空氣或其他氣流中的水或濕氣。
當空氣的濕度高時，可能會促進黴菌、真菌以及塵蟎的生長，因而造成嚴重的健康問題。而在化學、製藥、食品和電子業的製造和儲存設施中，濕度高的環境則可能會加速產品降解、粉末團聚、種子發芽、腐蝕和其他不良影響。將空氣除水的習知方法是讓濕空氣通過吸濕劑，例如乙二醇、矽膠、分子篩、氯化鈣和五氧化二磷。該方法的缺點是必須定期更換或再生乾燥劑，使得除水的程序相當昂貴耗時。另一種空氣除水的方法是低溫法，將濕空氣壓縮並冷卻，以便凝結出水分後加以去除。然而，該方法非常耗能。
本發明實施例中藉氧化石墨烯(GO)交聯的PVA膜不僅可減少水腫，而且較純PVA膜的水/氧氣選擇性更高。一些實施例可提供比傳統PVA膜更好的脫水膜。本發明實施例包含有一選擇性滲透元件，適用於希望使非極性氣體滲透率最小化、同時使極性流體或濕氣通過的應用。
一些實施例包含有諸如脫水膜的一種選擇性滲透膜，其包含有：一載體；一複合物，其包含有諸如氧化石墨烯化合物的一石墨烯化合物和諸如聚乙烯醇的一聚合物；其中該複合物係塗佈在該載體上。在一些實施例中，該薄膜透氣性低、但透濕性高。
一些實施例包含有將一特定氣體從一氣體混合物中分離、或氣體除水的一種方法，包含步驟有在諸如一脫水膜的該選擇性滲透膜上施加一梯度壓力，致使讓諸如濕氣的該特定氣體選擇性通過該脫水膜，其中一第一氣體施加在該薄膜第一側上的壓力，會高於一第二氣體施加在該薄膜第二側上的壓力，致使諸如濕氣的該特定氣體從該第一氣體穿過該脫水膜而進入該第二氣體。
一些實施例包含有將諸如濕氣的一特定氣體從一氣體混合物中分離的一種裝置。這種裝置包含有諸如一脫水膜的選擇性滲透膜，其中諸如該脫水膜的該選擇性滲透膜更包含有該脫水膜的一第一側，設置於該脫水膜一第二側的對側；和一腔室，用來容納待除去、諸如濕氣的該特定氣體，其中該腔室會與該脫水膜第一側進行流體交流；其中在使用該裝置時，施加在該選擇性滲透膜第一側上的壓力會高於該選擇性滲透膜第二側上的壓力。
一些實施例包含有諸如一透濕膜的選擇性滲透膜的一種製備法，包含步驟有將諸如聚乙烯醇的一聚合物和諸如一氧化石墨烯化合物的一石墨烯化合物混合在一水性混合物中。
本發明的揭露有關於氣體分離膜，其中有著一種氧氣和/或氮氣滲透率低、但透濕性高的薄膜，可應用在例如空氣、氧氣、氮氣、氫氣、甲烷、丙烯、二氧化碳、天然氣等氣體除水上。在一些實施例中，透濕性GO-PVA膜可具有水/氧氣高選擇性。使用濕氣會選擇性滲透、但對一種以上其他氣體(例如氧氣或氮氣等非極性氣體)滲透率較低的薄膜，即可達到以上目的。因此，選擇性滲透裝置可提供耐用的除水系統，可對空氣或其他所需氣體或進料流體進行有效的除水。這些脫水膜可改善能量和分離效率。
一透濕性和/或阻氣元件可包含有一複合物，其包含有分散於聚合物內的石墨烯材料。該複合物係可塗佈在載體材料上。
如圖1所示，一選擇性滲透膜100(例如脫水膜)可包含有：一載體120和一複合物110。複合物110係可塗佈在載體120上。
如110的複合物包含有一石墨烯化合物和一聚合物。
一石墨烯材料可包含有已經過化學改性或官能基化的石墨烯。一改性石墨烯可為已經過化學改性、如氧化石墨烯或官能基化石墨烯的任何石墨烯材料。氧化石墨烯包含有氧化石墨烯或還原氧化石墨烯。
官能基化石墨烯包含有一種以上、氧化石墨烯中不存在的官能基，就是能夠直接連接到石墨烯基底之碳原子上的氫氧基、羧基或環氧官能基以外的官能基。官能基化石墨烯中可能出現的官能基實例可包含有鹵素、烯烴、炔烴、氰基、酯、醯胺或胺。
在一些實施例中，超過約99%、約95%、約90%、約80%、約70%、約60%、約50%、約40%、約30%、約20%、約10%或約5%的石墨烯分子係可予以氧化或官能基化。
在一些實施例中，石墨烯材料為氧化石墨烯，可選擇性滲透氣體、流體和/或蒸氣。在一些實施例中，選擇性滲透元件可包含有複數層，其中至少一層為石墨烯材料。
據信在GO上有大量的環氧基(~30%)，故升溫時很容易跟羥基反應。還認為GO片的長寬比非常高。如果GO分散在例如PVA膜的聚合物膜內時，高長寬比會增加可用的氣體擴散表面。因此，GO交聯的PVA不僅可減少薄膜水腫，還可提高薄膜氣體分離效率。更認為環氧基或羥基會增加該材料的親水性，因此有助於提高透濕性和薄膜選擇性。
在一些實施例中，石墨烯材料可為薄板、平面或薄片。在一些實施例中，石墨烯材料可為片狀。在一些實施例中，石墨烯的片狀尺寸為約0.05-100微米、約0.1-50微米、約0.5-10微米、約1-5微米、約0.1-2微米、約1-3微米、約2-4微米、約3-5微米、約4-6微米、約5-7微米、約6-8微米、約7-10微米、約10-15微米、約15-20微米、約50-100微米、約60-80微米、約50-60微米、約25-50微米或這些數值限定範圍內的任何片狀尺寸。
在一些實施例中，石墨烯的單一片狀表面積為約0.1-20,000平方微米、約2-50平方微米、約0.1-5平方微米、約2-10平方微米、約5-20平方微米、約10-30平方微米、約20-40平方微米、約30-50平方微米或約40-60平方微米或這些數值限定範圍內的任何表面積。
在一些實施例中，石墨烯材料的表面積為約100-5000平方米/克、約150-4000平方米/克、約200-1000平方米/克、約400-500平方米/克或這些數值限定範圍內或之間的任何石墨烯材料表面積。
透濕性和/或阻氣元件可包含有一分散於聚合物內的石墨烯材料。諸如氧化石墨烯的石墨烯材料，係可以複合物方式分散於諸如聚乙烯醇的聚合物內。如氧化石墨烯的石墨烯材料和如聚乙烯醇的聚合物係可彼此共價鍵結或交聯。
當聚合物為聚乙烯醇時，分子量為約100-1,000,000Da(分子量單位，道爾頓)、約10,000-500,000Da、約500,000-1,000,000Da、約10,000-50,000Da、約50,000-100,000Da、約70,000-120,000Da、約80,000-130,000Da、約90,000-140,000Da、約90,000-100,000Da、約95,000-100,000Da、約98,000Da或這些數值限定範圍內的任何分子量。
在一些實施例中，依照石墨烯材料排列在聚合物材料內的方式，產生出脫層式奈米複合物、插層式奈米複合物或相分離式微複合物。相分離式微複合物的生成，是因為石墨烯材料與聚合物混合時，兩者間存在著獨立且不同相所致。插層式奈米複合物的生成，是因為聚合物化合物開始打亂它跟石墨烯片狀中間、或石墨烯片狀本身之間的狀態，但是石墨烯材料並未遍佈在聚合物內所致。在脫層式奈米複合物相中，各石墨烯片狀係可分佈在聚合物內或整個遍佈。要產生脫層式奈米複合物相，可採用改良式Hummers法，藉化學脫層式石墨烯材料來實現。在一些實施例中，可讓大部分石墨烯材料交錯排列，產生出脫層式奈米複合物成為主要材料相。在一些實施例中，可讓石墨烯材料分開約10奈米、約50奈米、約100-500奈米、或約100奈米至約1微米。
石墨烯(例如氧化石墨烯)/聚合物(例如PVA)複合物可為薄膜的形式，其厚度為約0.1-1000微米、約0.1-20微米、約0.1-0.5微米、約0.5-2微米、約1-3微米、約3-5微米、約4-6微米、約6-8微米、約8-10微米、約10-12微米、約12-15微米 、約15-20微米、約20-30微米、約30-50微米、約1.4微米、約5微米、約10微米或這些數值限定範圍內的任何厚度。
在一些實施例中，氧化石墨烯相對於PVA的重量百分比為約0.0001-75%、約0.001-20%、約0.1-1%、約1%、約0.1-0.5%、約0.5- 1.5%、約0.5-1%、約0.8-1%、約0.9-1%、約1-1.1%、約1-1.2%、約1-1.5%、約1-2%、約1.5-2.5% 、約2-3%、約3-4%、約3-3.5%、約3.5-4%、約4-5%、約1%、約3%、約0.5-4%、約0.1-10%、約10-20%、約20-40%或這些數值限定範圍內的任何百分比。
氧化石墨烯係可藉一或多個酯鍵或醚鍵與PVA交聯。在一些實施例中，至少約1%、約5%、約10%、約20%、約30%、約40%、約50%、約60%、約70%、約80%、約90% 、約95%或100%的氧化石墨烯分子有交聯鍵結的。
在一些實施例中，當聚合物材料是聚乙烯醇時，要讓石墨烯材料和聚合物材料進行交聯鍵結，可在溫度範圍約50至125℃間、時間約5分鐘至4小時條件下進行加熱，例如在90℃下加熱約30分鐘或在85℃下加熱約30分鐘。在一些實施例中，亦可在未額外添加交聯劑材料情況下，讓石墨烯材料和聚合物材料充分暴露於紫外線輻射下進行交聯鍵結。
本發明所述的薄膜具有選擇性滲透特性。例如，一種材料可滲透通過該薄膜，而另一種材料則不可滲透通過。例如，濕氣可滲透通過該薄膜，但氧氣和/或氮氣則不可滲透通過。可依照不同材料的滲透率來量化選擇性滲透率。
在一些實施例中，該薄膜為一脫水膜。例如，該薄膜可用於例如空氣、氧氣、氮氣、氫氣、甲烷、丙烯、二氧化碳、天然氣等氣體除水上。一些膜可讓其他氣體彼此分離。
在一些實施例中，該薄膜的透氣性低，例如小於0.1毫升/平方米·天、小於0.01毫升/平方米·天、小於0.05毫升/平方米·天，和/或小於0.005毫升/平方米·天。US 2014/0272350、ASTM D3985、ASTM F1307、ASTM 1249、ASTM F2622和/或ASTM F1927中皆揭露有透氣性的合適判定法，本說明書涵蓋其揭露內容以參考氣體(氧氣)滲透率%、例如氧轉移率(OTR)的判定法。
在一些實施例中，該薄膜的透濕性高，例如大於10,000克/平方米·天、大於1,000克/平方米·天、大於10克/平方米·天、大於5克/平方米·天、大於3克/平方米·天、大於2.5克/平方米·天、大於2.25克/平方米·天、或大於2克/平方米·天。在一些實施例中，透濕性係可藉測量上述水平下的濕氣滲透率/轉移率來判定。Caria, P.F.,藉原子沉積在聚合物上來生成三氧化二鋁擴散阻氣層的鈣測試法、2006年出版的Applied Physics Letters 89, 031915-1至031915-3、ASTM D7709、ASTM F1249、ASTM398和/或ASTME96中皆揭露有透濕性的合適判定法，本說明書涵蓋其揭露內容以參考透濕性%、例如濕氣轉移率(WVTR)的判定法。
在一些實施例中，根據濕氣相對於至少一選定氣體、例如氧氣和/或氮氣的滲透率比例，即可得知選擇性滲透率。在一些實施例中，該薄膜展示出的濕氣/氣體的滲透率比例、即WVTR/OTR為大於50、大於100、大於200、大於400、大於1,000、大於10,000、大於100,000，或大於1,000,000。在一些實施例中，藉如上所述般測量濕氣相對於氣體的滲透率/轉移率比例，即可得知選擇性滲透率。
在一些實施例中，該載體可包含有諸如聚合物材料的多孔性材料，包含有聚醯胺、聚偏二氟乙烯(例如PVDF)、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碸、聚醚碸、聚丙烯、聚乙烯和/或其混合物或共聚物(例如拉伸聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯嵌段共聚物)。在一些實施例中，多孔性載體可包含有聚醯胺(例如尼龍)。在一些實施例中，多孔性材料可為聚碸基底的超過濾膜。在一些實施例中，多孔性材料可為聚偏二氟乙烯。在一些實施例中，多孔性材料可為聚丙烯。在一些實施例中，多孔性材料可為聚乙烯。在一些實施例中，多孔性材料可為聚丙烯和聚乙烯的混合物。在一些實施例中，多孔性材料可包含有中空纖維。中空纖維係由澆鑄或擠出所產生。中空纖維的製造方法可參考美國專利第4,900,626號、第6,805,730號和美國公開專利公報第2015/0165389號，本專利說明書涵蓋其完整內容以茲參考。
在一些實施例中，選擇性滲透元件係可設置在流體連通的第一流體池和第二流體池之間。在一些實施例中，第一流體池可包含有位在選擇性滲透元件上游和/或該處的進料流體。在一些實施例中，第二流體池可包含有位在選擇性滲透元件下游和/或該處的加工後流體。在一些實施例中，選擇性滲透元件會選擇性讓濕氣通過，同時保持或減少另一種氣體或流體材料通過。在一些實施例中，選擇性滲透元件可設有過濾元件，能夠選擇性從進料流體中除去濕氣，同時能夠讓加工後流體維持在水或濕氣較少的狀態。在一些實施例中，選擇性滲透元件具有所需的流速。在一些實施例中，選擇性滲透元件可包含超過濾材料。在一些實施例中，選擇性滲透元件的流速為約0.001-0.1升/分鐘；約0.005-0.075升/分鐘；或約0.01-0.05升/分鐘，例如至少約0.005升/分鐘、至少約0.01升/分鐘、至少約0.02升/分鐘、至少約0.05升/分鐘、約0.1升/分鐘、約0.5升/分鐘、約1.0升/分鐘，或這些數值限定範圍內或之間的任何選擇性滲透元件流速。在一些實施例中，選擇性滲透元件可包含有超過濾材料。在一些實施例中，選擇性滲透率元件包含有過濾器之分子量為5000-200,000道爾頓其中的至少70%、至少75%、至少80%、至少85%、至少90%、至少95%、至少97%、至少99%。在一些實施例中，超過濾材料或含有該材料的薄膜平均孔徑或流體通道，其平均直徑可為約0.01-0.1微米(10-100奈米)、或約0.01-0.05微米(10-50奈米)。在一些實施例中，薄膜表面積為約0.01平方米、0.05平方米、0.1平方米、0.25平方米或0.35平方米至約0.5平方米、0.6平方米、0.7平方米、0.75平方米或1平方米；1.5-2.5平方米；至少約5平方米、10平方米、15平方米、20平方米、25平方米、30平方米、40平方米、50平方米、60平方米、約65-100平方米、約500平方米或這些數值限定範圍內或之間的任何薄膜表面積。
在一些實施例中，選擇性滲透元件可包含有分散劑。在一些實施例中，該分散劑可為如氯化銨的銨鹽或銨鹽組合；Flowlen(產品名)；魚油；長鏈聚合物；硬脂酸；氧化鯡魚油(MFO)；二羧酸，例如琥珀酸、乙二酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、鄰苯二甲酸和對苯二甲酸；山梨糖醇酐單油酸酯；及其混合物。一些較佳實施例使用氧化MFO作為分散劑。
在一些實施例中，該選擇性滲透元件複合物可更包含有一鹼金屬鹵化物。在一些實施例中，該鹼金屬可為鋰。在一些實施例中，該鹵化物可為氯化物。在一些實施例中，該鹼金屬鹵鹽可為氯化鋰。在一些實施例中，氯化鋰的鹼金屬鹵化物在選擇性滲透元件內的可存在量，對應於複合物重量的重量百分比為約1-50%、約5-40%、約10-30%、約20-30%、約16-18%、約18-20%、約20-22%、約22-24%、約24-26%、約26-28%、約28-30%、約25-30%、約30-40%、約10-20%、約5-10%、約22%、約23%、約24%、約25%或約30%或這些數值限定範圍內的任何百分比。
一些石墨烯/聚合物複合物可包含有聚乙二醇，諸如分子量為約100-50,000Da、約1,000-10,000Da、約2,000-12,000Da、約4,000-8,000Da、約5,000-10,000、約6,000Da或這些數值限定範圍內的任何分子量聚乙二醇。聚乙二醇可為該複合物重量的約0.2-10%、約0.5-5%、約1-1.2%、約1.2-1.4%、約1.4-1.6%、約1.6-1.8%、約2-2.2%、約2.2-2.4%、約2.4-2.6%、約2.6-2.8%、約2.8-3%、約1-2%、約1.5-2.5%、約1.5-2%或約1.8%或這些數值限定範圍內的任何數值。
在一些實施例中，該選擇性滲透元件可包含有一種以上的增塑劑。在一些實施例中，該增塑劑可為1型增塑劑，通常可降低玻璃化轉變溫度(Tg)、提高彈性，這類增塑劑如鄰苯二甲酸(正丁酯、二丁酯、二辛酯、丁基苯甲酯或二甲酯)，和/或2型增塑劑，可形成更彈性、更易變形的層並可減少層壓所產生的空隙，這類增塑劑如(聚乙；聚烷；聚丙；三乙；二丙二醇或苯甲酸)二醇。1型增塑劑可包含有鄰苯二甲酸丁基苯甲酯；二羧酸/三羧酸酯基底的鄰苯二甲酸酯增塑劑，例如鄰苯二甲酸二(2-乙基己酯)、鄰苯二甲酸二異壬酯、鄰苯二甲酸二(正丁酯)、鄰苯二甲酸丁基苯甲酯、鄰苯二甲酸二異癸酯、鄰苯二甲酸二正辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二異丁酯、鄰苯二甲酸二正己酯及其混合物；己二酸酯基底的增塑劑，例如己二酸二(2-乙基己酯)、己二酸二甲酯、己二酸單甲酯、己二酸二辛酯及其混合物；癸二酸酯基底的增塑劑，例如癸二酸二丁酯和馬來酸酯但不僅限於此。2型增塑劑可包含有馬來酸二丁酯、馬來酸二異丁酯及其混合物，聚烷二醇如聚乙二醇、聚丙二醇及其混合物。其它增塑劑可包含有苯甲酸鹽、環氧化植物油、如N-乙基甲苯磺醯胺的磺醯胺；N-(2-羥丙基)苯磺醯胺；N-(正丁基)苯磺醯胺、如磷酸三甲苯酯的有機磷酸酯；磷酸三丁酯、如三乙二醇二己醇的二醇/聚醚；四乙二醇二庚酸酯及其混合物、如檸檬酸三乙酯的檸檬酸烷酯；乙醯檸檬酸三乙酯；檸檬酸三丁酯；乙醯檸檬酸三丁酯；檸檬酸三辛酯；乙醯檸檬酸三辛酯；檸檬酸三己酯；檸檬酸乙醯三己酯；丁醯檸檬酸三己酯；或檸檬酸三甲酯、烷基磺酸苯酯及其混合物。
在一些實施例中，該選擇性滲透元件可包含有一種以上的溶劑。材料層製造時所用的溶劑包含有水、如乙醇/甲醇和異丙醇的低鏈烷醇、二甲苯、環己酮、丙酮、甲苯和甲乙酮，及其混合物。一些較佳實施例使用二甲苯和乙醇的混合物作為溶劑。
在一些實施例中，該選擇性滲透元件係可設置在一基板和一保護塗層間，以產生出選擇性滲透裝置。在一些實施例中，該基板和/或該保護塗層可為多孔性。在一些實施例中，該基板和/或該保護塗層可為滲透性。在一些實施例中，該基板和/或該保護塗層可包含有一聚合物。在一些實施例中，該聚合物可包含有乙烯聚合物，例如聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚丙烯腈，其混合物，和/或其共聚物，聚乙烯亞胺；聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；氯乙烯-醋酸酯；及其混合物。
該基板可為任何適當厚度，例如約1-500微米、約1-50微米、約50-100微米、約100-150微米、約150-200微米、約200-250微米，250-300微米、約300-350微米、約350-400微米、約400-450微米、約450-500微米、約1-100微米、約100-200微米、約200-300微米、約300-400 微米、約400-500微米、約40微米或約125微米。
一透濕性和/或阻氣元件的製造方法可包含有以下步驟：(1)將聚合物和石墨烯混合在水性混合物中；(2)將該混合物刮塗在基板上以形成薄膜，例如厚度約5至30微米間的薄膜；(3)然後乾燥該混合物，例如在溫度範圍約20至120℃間、讓該混合物加熱約15至72小時。
在一些實施例中，可在溫度範圍約40至200℃間、讓產生的塗層退火約10至72小時。在一些實施例中，該方法可包含有混合一聚合物溶液、一石墨烯溶液、一交聯劑溶液和一鹼金屬鹵化物，以產生水性混合物。在一些實施例中，該方法更包含有添加足量的酸，以達成水解和縮合製程。在一些實施例中，該方法更包含有使用照射強度約0.001至約100瓦/平方公分的紫外光輻射、照射阻擋元件15分鐘至15小時。在一些實施例中，該方法更包含有使用一保護塗層來塗覆所產生的阻擋元件，以產生阻擋裝置。
在一些實施例中，提供產生上述選擇性滲透元件的方法。在一些實施例中，將石墨烯與聚合物溶液混合，以形成水性混合物。在一些實施例中，聚合物是在水溶液中。在一些實施例中，石墨烯分散體係與聚合物溶液混合，兩者間的混合比可為約0.1:100、約1:10、約1:4、約1:2、約1:1、約2:1、約4:1、約9:1和約10:1。一些較佳實施例採用約1:1的混合比。在一些實施例中，將石墨烯和聚合物混合，致使混合物主要相包含有脫層式奈米複合物。在脫層式奈米複合物相中，石墨烯片狀的排列方式，因為延長通過薄膜的可能分子途徑，所以會降低成品薄膜中的滲透率。在一些實施例中，該石墨烯複合物可包含有以下任何組合：石墨烯、氧化石墨烯和/或官能基化氧化石墨烯。在一些實施例中，石墨烯複合物係懸浮在水溶液中，濃度約重量百分比0.001%至0.2%。一些較佳實施例使用的石墨烯濃度約為溶液重量百分比0.01%。一些較佳實施例使用的石墨烯濃度約為溶液重量百分比0.1%。一些較佳實施例使用的石墨烯濃度約為溶液重量百分比0.4%。在一些實施例中，聚合物濃度可約為水溶液2至15%、約10%、約2.5%或約5%。
在一些實施例中，可將石墨烯與聚合物溶液和鹼金屬鹵化物混合，以形成水性混合物。在一些實施例中，該鹼金屬鹵鹽可為氯化鋰。在一些實施例中，鹼金屬鹵化物係可以水溶液形式加入、濃度為重量百分比約1-50%、約20-30%、約15-25%、約1-10%、約1-5%、約1-3%、約1-2%、約1.5%、約23%或這些數值限定範圍內的任何百分比。
在一些實施例中，在例如氧化石墨烯的石墨烯和例如聚乙烯醇的聚合物組成的混合物中，可加入酸來催化諸如酸催化脫水的交聯反應。
在一些實施例中，包含著石墨烯材料和聚合物的混合物，係可刮塗在滲透性或非滲透性的基板上，以產生厚度為約1-30微米、約1-5微米、約10-20微米、約20-30微米、約25-30微米、約5-10微米、約30微米的薄膜，形成部分元件。在一些實施例中，該混合物係可藉噴塗、浸塗、旋塗和/或其它沉積方法，來設置在可為滲透性、非滲透性、多孔性或無孔性的基板上。在一些實施例中，可藉共擠出、薄膜沉積、刮塗或該項技術領域中任何其他已知方法，將薄膜澆鑄沉積在基板上。在一些實施例中，使用刮刀將混合物刮塗(或薄帶成形)澆鑄到基板上，然後予以乾燥形成部分元件。藉改變刮刀和移動基板間的間隙，即可調整所澆鑄出的薄帶厚度。在一些實施例中，刮刀和移動基板間的間隙約在0.002-1毫米範圍內。在一些實施例中，刮刀和移動基板間的間隙較佳為約0.1-0.5毫米。同時，移動基板的速度可為約30-600公分/分鐘。藉調整基板移動速度、及刮刀和移動基板間的間隙，所產生出的石墨烯聚合物層厚度為約1-30微米、約10-20微米、約20-30微米或約5-15微米。在一些實施例中，該層的厚度可為約10微米，如此能維持透明度，產生出選擇性滲透元件。
在一些實施例中，當石墨烯層沉積在基板上之後，接著可將選擇性滲透元件乾燥，以除去石墨烯層下面的溶劑。在一些實施例中，乾燥溫度可為室溫左右，或約20至120℃。在一些實施例中，乾燥時間可依照溫度決定，約15分鐘至約72小時。乾燥目的是要除水並沉澱鑄型。在一些實施例中，在約90℃、30分鐘條件下乾燥完成。在一些實施例中，則在約85℃、30分鐘條件下乾燥完成。
在一些實施例中，可讓乾燥過的選擇性滲透元件進行等溫結晶和/或退火步驟。在一些實施例中，退火的條件是溫度約40至200℃、時間約10至72小時。在一些實施例中，退火係在溫度約100℃、時間約16或18小時下完成。
退火步驟完成後，接著視需要可將保護塗層層壓在選擇性滲透元件上，讓石墨烯層夾在基板和保護層之間。在一些實施例中，可藉共擠出、薄膜沉積、刮塗或任何其他適當方法來加上添加層，以便增強選擇性滲透元件的性能。在一些實施例中，該保護層係藉貼著選擇性滲透元的黏合層來固定到石墨烯，以產生選擇性滲透裝置。在一些實施例中，選擇性滲透元件則係直接結合到基板，以產生選擇性滲透裝置。
在此所描述之實施例可設置一模塊部件，用以引入濕氣(飽和或接近飽和的)和壓縮空氣。該模塊能產生乾燥的加壓產品流(通常的氧氣濃度介於約1-21%間)和低壓滲透流。而該滲透流則含有由空氣和該模塊所引入之大量濕氣所產生的混合物。
可使用第二乾燥噴射氣流來優化除水過程。如果在水分離階段該薄膜就能夠完全發揮效用，則能夠除去進料流中的所有水或濕氣，即無需再從系統中掃除任何東西。隨著製程持續，在進料口或孔側端的水分壓會變低，殼側(或進料流側的反側)端的分壓則會變高。這樣的壓差會讓水分不再從模塊中排出。由於目的是讓孔側端乾燥，這樣的壓差就會干擾裝置的正常運作。因此，可使用噴射氣流來除去進料口或孔側端的水或濕氣，部分作用是吸收一些水，而部分作用則是將水推出。
噴射氣流可利用外部乾燥源或模塊產品流的局部再循環。通常，產品流與進料流(穿過膜的濕氣)壓力比和產品回收率，會決定除濕程度。薄膜良好，能夠讓產品濕度低、回收率高，和/或產品體積流率高。
本發明揭露的薄膜容易製造、成本低，且在產品體積流率或產品回收率表現皆優於現有的商業薄膜。
諸如脫水膜的分離氣體薄膜係可結合到一裝置中，其中該裝置會在脫水膜上施加梯度壓力，致使彼端的待除水(或分離)氣體(或第一氣體)的壓力，會高於脫水膜對側、濕氣(或待除去氣體(例如第二氣體))接收端的壓力。該裝置可包含有一腔室，該腔室是用來容納待除水氣體，且會與脫水膜第一側進行流體交流。在使用該裝置時，該腔室內待除水氣體施加在該薄膜第一側上的壓力，會高於去除濕氣(或其他氣體)端所存在之任何氣體施加在薄膜第二側上的壓力。該裝置視需要可更包含有第二腔室，該第二腔室是用來接收濕氣(或待除去的其他氣體)，且會與脫水膜第二側(第一側對側)進行流體交流。
圖2描繪一種含有脫水膜裝置的實例。除水裝置1包含有容納著待除水氣體的腔室10。脫水膜5會與腔室10和視需要配置的第二腔室20進行流體交流。裝置10視需要可包含有閥25、例如單向閥或壓力閥，使得腔室10中待除水氣體的壓力，在沒有第二腔室情況下會高於腔室10外任何氣體的壓力，(或有第二腔室時，會高於第二腔室20中內容物的壓力)。舉例來說，待除水的氣體可依照箭頭指示方向30流過閥25。藉流動造成的壓力、閥25和/或視需要施加或添加的額外壓力，即可選擇性驅使濕氣依照箭頭指示方向40流過薄膜5。
本發明揭露的薄膜可施加在纖維上，而將薄膜施加在纖維上的方法可參考美國專利第4,772,392號、第4,900,626號和/或第6,805,730號，本專利說明書涵蓋其完整內容以茲參考。

實施例

以下具體實施例係經過具體考慮的：
實施例1，一種脫水膜，其包含有：
一載體；
一複合物，包含著一氧化石墨烯化合物和一聚乙烯醇；
其中，該複合物係塗佈在該載體上；和
其中，該膜具有高透濕性和低透氣性。
實施例2，如實施例1所述的該脫水膜，其中該氣體是非極性的。
實施例3，如實施例1或2所述的該脫水膜，其中該氣體是惰性的。
實施例4，如實施例1、2或3所述的該脫水膜，其中該載體是多孔性。
實施例5，如實施例1、2、3或4所述的該脫水膜，其中該載體包含有聚醯胺、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碸、聚醚碸、聚丙烯、聚乙烯，或一其混合物。
實施例6，如實施例1、2、3、4或5所述的該脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物和該聚乙烯醇是交聯的。
實施例7，如實施例1、2、3、4、5或6所述的該脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物對應於該聚乙烯醇的重量百分比為約0.1至10%。
實施例8，如實施例1、2、3、4、5、6或7所述的該脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物是氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、官能基化氧化石墨烯，或官能基化並還原氧化石墨烯。
實施例9，如實施例8所述的該脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物是氧化石墨烯。
實施例10，如實施例1、2、3、4、5、6、7或8所述的該脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物含有尺寸介於約0.05至10微米的一片狀顆粒。
實施例11，如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的該脫水膜，其中該膜包含有中空纖維。
實施例12，如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的該脫水膜，其中該複合物更包含有氯化鋰。
實施例13，如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的該脫水膜，其中該複合物更包含有聚乙二醇。
實施例14，如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的該脫水膜，其中該複合物為厚度為約1至50微米的一薄膜。
實施例15，一種氣體除水法，包含步驟有在如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的該脫水膜上施加梯度壓力，致使讓濕氣選擇性通過該脫水膜，其中一第一氣體施加在該薄膜第一側上的壓力，會高於一第二氣體施加在該薄膜第二側上的壓力，致使濕氣從該第一氣體穿過該薄膜而進入該第二氣體。
實施例16，如實施例15所述的該氣體除水法，其中該第一氣體包含有濕氣和一或多種其他氣體。
實施例17，如實施例16所述的該氣體除水法，其中該其他氣體是非極性的。
實施例18，如實施例16所述的該氣體除水法，其中該其他氣體是惰性的。
實施例19，如實施例16所述的該氣體除水法，其中該其他氣體包括空氣、氧氣或氮氣。
實施例20，一種氣體除水裝置，包含有如實施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的一脫水膜，其中該脫水膜更包含該脫水膜的一第一側，設置於該脫水膜一第二側的對側；和一腔室，用來容納待除水氣體，且會與該脫水膜第一側進行流體交流；其中在使用該裝置時，施加在該脫水膜第一側上的壓力會高於該脫水膜第二側上的壓力。
實施例21，如實施例20所述的該氣體除水裝置，其中該待除水氣體是非極性的。
實施例22，如實施例20所述的該氣體除水裝置，其中該待除水氣體是惰性的。
實施例23，如實施例20所述的該氣體除水裝置，其中該待除水氣體是空氣、氧氣或氮氣。
實施例24，一種透濕膜製備法，包含步驟有將一聚乙烯醇和一氧化石墨烯化合物混合在一水性混合物中。
實施例25，如實施例24所述的該透濕膜製備法，更包含步驟有用一保護塗層來塗佈該透濕膜。
實施例26，如實施例24或25所述的該透濕膜製備法，更包含步驟有將該水性混合物刮塗在一基板上以形成一薄膜，然後乾燥該水性混合物。
實施例27，如實施例26所述的該透濕膜製備法，其中該薄膜的厚度為介於約1至50微米。
實施例28，如實施例26所述的該透濕膜製備法，其中該薄膜的厚度為介於約5至30微米。
實施例29，如實施例26、27或28所述的該透濕膜製備法，其中該水性混合物係乾燥約5分鐘至約96小時。
實施例30，如實施例29所述的該透濕膜製備法，其中該水性混合物係乾燥約15分鐘至約72小時。
實施例31，如實施例26、27、28、29或30所述的該透濕膜製備法，其中該水性混合物係在約10至200℃溫度下進行乾燥。
實施例32，如實施例31所述的該透濕膜製備法，其中該水性混合物係在約20至120℃溫度下進行乾燥。
實施例33，如實施例26、27、28、29、30、31或32所述的該透濕膜製備法，其中該乾燥混合物係退火約5至96小時。
實施例34，如實施例33所述的該透濕膜製備法，其中該乾燥混合物係退火約10至72小時。
實施例35，如實施例26、27、28、29、30、31、32、33或34所述的該透濕膜製備法，其中該乾燥混合物係在約20至300℃溫度下進行退火。
實施例36，如實施例35所述的該透濕膜製備法，其中該乾燥混合物係在約40至200℃溫度下進行退火。

實例
已經發現到相較於其他選擇性滲透元件，本說明所述之選擇性滲透元件實施例藉其材料特性，已改進極性分子對抗非極性氣體(例如氧氣)的滲透率。以下實例旨在說明本說明書揭露的實施例，更能顯現出上述這些益處，而無限制專利申請範圍或基本原理之意圖。

氧化石墨烯的製備： GO 分散體 ：
採用改良式Hummers法，由石墨製備成GO。將石墨片(美國密蘇里州Aldrich, St. Louis公司生產，2.0克，100目)置入硝酸鈉(2.0克)、過錳酸鉀(10克)和濃硫酸(98%，96毫升)混合物中，然後在50℃下進行15個小時的氧化反應。然後將所得的糊狀混合物倒入冰(400克)中，接著加入30%過氧化氫(20毫升)水溶液。將所得的溶液攪拌2小時來還原二氧化錳，以濾紙過濾，然後用去離子(DI)水沖洗。收集固體，接著藉攪拌使其分散在DI水中、以6300rpm離心40分鐘，然後除去上面的水溶液層。將剩餘的固體再分散在DI水中，並重複上述沖洗程序4次。接著藉音波處理(20瓦)2.5小時使純化的GO分散在DI水中，即產生出GO分散體(重量百分比0.4%)。GO的片狀尺寸為約1-5微米。

選擇性滲透元件的製備：
實例 1 ： GO-PVA/PET 膜 (EX-1) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到10%PVA (Aldrich，分子量98,000Da) 10.0克的水溶液中。然後讓混合物在室溫下攪拌16小時。使用間隙300微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在125微米厚的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基板(美國加州聖地牙哥的E Plastics公司生產)上。之後，將基板放在90℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到10微米厚、GO/PVA重量百分比1%的薄膜EX-1。

實例 2 ： GO-PVA/PSF 膜 (EX-2) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到10%PVA (Aldrich) 10.0克的水溶液中。然後取20克水稀釋混合物，並在室溫下攪拌16小時。使用間隙100微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在40微米厚的聚碸結合不織布基板(美國加州聖地牙哥的Hydranautics公司生產)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/PVA重量百分比1%的薄膜EX-2。

實例 3 ： GO-PVA + 氯化鋰 / PSF 膜 (EX-3) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到10%PVA (Aldrich) 10.0克的水溶液中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。然後讓混合物在室溫下攪拌16小時。使用間隙100微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在40微米厚的聚碸結合不織布基板(美國加州聖地牙哥的Hydranautics公司生產)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100、或PVA內含0.7%GO和23%氯化鋰的薄膜EX-3。

實例 4 ： GO-PVA + 氯化鋰 / PVDF 膜 (EX-4) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到10%PVA (Aldrich) 10.0克的水溶液中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘，然後使用間隙100微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在PVDF基板(美國華盛頓州肯特的Sterlitech公司生產)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100的薄膜EX-4。

實例 5 ： PVA + 氯化鋰 / PVDF 膜 (EX-5) 的製備
取1.5%氯化鋰水溶液20.0克，加入5% PVA水溶液(Aldrich) 20.0克中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘，然後使用間隙100微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在PVDF基板(Sterlitech)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份，即得到5微米厚、氯化鋰/PVA重量比30/100的薄膜EX-5。

實例6：GO-PVA +氯化鋰/尼龍膜(EX-6)的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的混合物中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在尼龍膜基板(美國紐約州華盛頓港的Pall公司生產)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100的薄膜EX-6。

實例 7 ： GO-PVA + PEG / 尼龍膜 (EX-7) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的混合物中。取1.5% PEG (聚乙二醇，分子量6,000Da) (Aldrich)溶液1.6克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在尼龍膜基板(Pall)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/PVA/PEG重量比1/100/2.4的薄膜EX-7。

實例 8 ： GO-PVA + PEG + 氯化鋰 / 尼龍膜 (EX-8) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的混合物中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克、及1.5% PEG (聚乙二醇) (Aldrich)溶液1.6克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在尼龍膜基板(Pall)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/PVA/氯化鋰/PEG重量比1/100/30/2.4的薄膜EX-8。

實例 9 ： GO-PVA 三菱膜 (EX-9) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體32.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後將所產生的溶液澆鑄在三菱膜(三菱商事生產)上，在每90平方公分薄膜表面積上滴注0.6克溶液。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到1.4微米厚、GO/PVA重量比3.2/100的薄膜EX-9。

實例 10 ： GO-PVA + 氯化鋰 / 拉伸 PP(EX-10) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的水/異丙醇(體積比80/20)溶液混合物中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在剛電暈放電處理過的拉伸聚丙烯基板(美國Celgard 2500產品)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100的薄膜EX-10。

實例 11 ： GO-PVA + 氯化鋰 / 拉伸 PP-PE-PP(EX-11) 的製備
取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的水/異丙醇(體積比80/20)溶液混合物中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在剛電暈放電處理過的拉伸聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯基板(美國Celgard 2340產品)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100的薄膜EX-11。

實例 12 ： GO-PVA + 氯化鋰 / 聚醚碸 (EX-12) 的製備
通過去離子水將4毫克 / 毫升如上所述製備的氧化石墨烯(GO)水性分散體稀釋至0.1%。然後，將10.0克所得的0.1%氧化石墨烯水性分散體加入到由40.0克 2.5%PVA水性混合物(Aldrich)組成的混合物中。向該混合物中加入20.0克 1.5%氯化鋰水性混合物。將得到的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用具有200微米間隙的澆鑄刀將所得溶液膠帶澆鑄到多孔聚醚碸膜(Sterlitech，USA)上。在空氣中乾燥後，將膜置於85℃的烘箱中30分鐘以除去水並使膜交聯，得到膜厚度為5微米的膜，其中GO / LiCl / PVA為1/30/100按重量計為EX-12。取如上所述製備成的氧化石墨烯(GO)水性分散體4毫克/毫升，以去離水稀釋成重量百分比0.1%。然後，取所得到的0.1%氧化石墨烯水性分散體10.0克，加到2.5% PVA (Aldrich) 40.0克的水溶液混合物中。取1.5%氯化鋰水溶液20.0克加入上述混合物中。讓所產生的混合物在室溫下攪拌10分鐘。然後使用間隙200微米的澆鑄刀，將所產生的溶液薄帶成形在多孔性聚醚碸膜(美國Sterlitech)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份並使薄膜交聯，即得到5微米厚、GO/氯化鋰/PVA重量比1/30/100的薄膜EX-12。

比較例的製備：
1. 比較例 1 ： PVA/PET 膜 (CE-1) 的製備：
使用間隙100微米的澆鑄刀，將2.5% PVA (Aldrich)水溶液薄帶成形在100微米PET上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份，即得到5微米厚的薄膜CE-1。

2. 比較例 2 ： PVA/PSF 膜 (CE-2) 的製備：
使用間隙100微米的澆鑄刀，將2.5% PVA (Aldrich)水溶液薄帶成形在40微米厚的聚碸結合不織布基板(Hydranautics)上。在空氣中乾燥後，將薄膜放在85℃烘箱中30分鐘，以便除去水份，即得到5微米厚的薄膜CE-2。

3. 比較例 3 ：三菱膜 (CE-3) 的製備：
藉三菱(美國加州洛杉磯的三菱商事)的熱回收通風機(ERV)切割出薄膜CE-3。

選擇性滲透元件的測量
使用MOCON OX-TRAN 2/21透氧儀(美國明尼蘇達州明尼阿波利斯Mocon公司生產)，依照ASTM D-3985所述方法，讓如上所述製備而成的EX-1和CE-1在23℃和相對濕度(RH) 0%下進行氧氣穿透率(OTR)測試長達2天。結果如下表1所示。
使用MOCON Permatran-W3/33濕氣滲透儀(Mocon)，依照ASTM F1249所述方法，讓如上所述製備而成的EX-1和CE-1在40℃和相對濕度(RH) 90%下進行濕氣穿透率(WVTR)測試長達2天。結果如下表1所示。

表1. GOG-PVA膜的WVTR和水/氧氣O2選擇性

如表1所示的結果得知極性的濕氣滲透率顯著增加，而非極性的氧氣則否。
使用MOCON Permatran-W3/33濕氣滲透儀(Mocon)，依照ASTM F1249所述方法，讓如上所述製備而成的EX-2至EX12、和CE-2和CE-3在40℃和相對濕度(RH) 90%下進行濕氣穿透率(WVTR)測試長達2天。結果總結在下表2中。



表2. 各種膜的濕氣滲透率、氮氣滲透率、水/氧氣選擇性和水/氮氣選擇性。

如表2所示，即使採用商業薄膜作為載體(EX-9對比CE-3)，藉上述實例也可顯著提高效能。
應理解本說明書和專利申請範圍中用來表示成分數量、諸如分子量的性質、反應條件等等所有數字，在所有案例中皆可用「約」的方式加以修改，除非另有說明。且本說明書和專利申請範圍中列出的數字參數皆為近似值，可根據期望性質而加以變化。每個數字參數至少應該根據報告的有效位數、藉普通捨入法來解釋，但並非意圖將等同原則應用到專利申請範圍。
本說明書文本中使用詞語「一」、「該」和類似指示物(特別以下專利申請範圍文本)，應解釋涵蓋了單數和複數，本說明書另有說明或明確與文本矛盾者除外。本說明書所述的所有方法，可依照任何適當順序進行，本說明書另有說明或明確與文本矛盾者除外。本說明書中使用所有實例或示例性語言(例如「諸如」)，旨在對本發明揭露做更好的說明，而非限制專利申請範圍。任何本發明揭露實踐必不可少的要素，皆應解釋成屬於專利申請範圍。
本發明應不侷限於本說明書所揭露的替代元件或實施例群組。參考或請求專利申請範圍，可單獨針對各群組構件，也可針對與群組中其他構件或本說明書提及之其他元件的任意組合。基於便利和/或可專利性原因，可增加或刪除該群組內的一或多個構件。
本說明書所描述的一些實施例，是本發明人在實施本發明揭露時已知最佳模式。當然熟知該項技術領域者閱讀本說明書後，顯然將可實現出所述實施例的變化例。本發明人希望本發明揭露能夠以不同於本說明書具體描述方式實施，但希望熟知該項技術者能適當地使用這些變化例。因此，專利申請範圍包含有適用法律所允許之專利申請範圍中所述的所有修改例和主體等同例。再者，所有可能變化例中的任何上述元件組合亦然，本說明書另有說明或明確與文本矛盾者除外。
最後，應理解本說明書所揭露的實施例，旨在說明專利申請範圍的原理。其他可實施的修改例亦屬專利申請範圍內。因此，根據本說明書教導所完成的替代實施例，僅作為示範、而非限制。因此，專利申請範圍不侷限於所示和所述的精確實施例。
100‧‧‧選擇性滲透膜
110‧‧‧複合物
120‧‧‧載體
1‧‧‧除水裝置
5‧‧‧脫水膜
10‧‧‧(第一)腔室
20‧‧‧第二腔室
25‧‧‧閥
30‧‧‧待除水的氣體流動方向
40‧‧‧濕氣流動方向
圖1是描述一種奈米複合物阻擋裝置的實施例，可用於分離或除水應用。
圖2是描述一種含有選擇性滲透膜裝置的實施例。

Claims (20)

  1. 一種氣體脫水膜，其包含有： 一載體； 一複合物，包含著一氧化石墨烯化合物和一聚乙烯醇； 其中，該複合物係塗佈在該載體上；以及 其中，該膜具有一高透濕性和一低透氣性。
  2. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氣體是非極性的。
  3. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氣體是惰性的。
  4. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該載體是多孔性。
  5. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該載體包含有聚醯胺、聚偏二氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚碸、聚醚碸、聚丙烯、聚乙烯，或一其混合物。
  6. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物和該聚乙烯醇是交聯的。
  7. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物對應於該聚乙烯醇的重量百分比為約0.1至10%。
  8. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物是氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、官能基化氧化石墨烯，或官能基化並還原氧化石墨烯。
  9. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該氧化石墨烯化合物含有尺寸介於約0.05至100微米的一片狀顆粒。
  10. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該複合物更包含有氯化鋰。
  11. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該複合物更包含有聚乙二醇。
  12. 如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜，其中該複合物係以厚度為約0.1至50微米的一薄膜形式塗佈在該載體上。
  13. 一種第一氣體除水法，包含步驟有在如申請專利範圍第1項的氣體脫水膜上施加一梯度壓力，致使讓濕氣選擇性通過該脫水膜，其中該第一氣體施加在該薄膜一第一側上的壓力，會高於一第二氣體施加在該薄膜一第二側上的壓力，致使濕氣從該第一氣體穿過該脫水膜而進入該第二氣體。
  14. 如申請專利範圍第13項的第一氣體除水法，其中該第一氣體是惰性的。
  15. 如申請專利範圍第13項的第一氣體除水法，其中該氣體是非極性的。
  16. 如申請專利範圍第13項的第一氣體除水法，其中該第一氣體是空氣、氧氣或氮氣。
  17. 一種氣體除水裝置，其包含有： 如申請專利範圍第1項的一脫水膜，其中該脫水膜更包含該脫水膜的一第一側，設置於該脫水膜一第二側的對側； 一腔室，用來容納待除水氣體，且會與該脫水膜第一側進行流體交流；以及 其中在使用該裝置時，施加在該脫水膜第一側上的壓力會高於該脫水膜第二側上的壓力。
  18. 如申請專利範圍第17項的氣體除水裝置，其中該待除水氣體是非極性的。
  19. 如申請專利範圍第17項的氣體除水裝置，其中該待除水氣體是惰性的。
  20. 如申請專利範圍第17項的氣體除水裝置，其中該待除水氣體是空氣、氧氣或氮氣。
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