化的掩模。P(S-blockMMA)块共聚物形成PMMA柱阵列，PMMA柱阵列形成重建后用于RIE的通孔。孔的图案非常密集。孔的数量和大小受PMMA块的分子重量和P (S-MMA)中PMMA重量百分率的控制。任一种方法都具有产生穿孔的石墨烯片的潜在可能性。
[0023]如上所述，图3的石墨烯片310具有仅单个原子的厚度。因此，该片往往较柔软。石墨烯片的柔软性可通过将衬垫结构应用到片212或通过提供多于一个石墨烯片而得到改善。在图2中，穿孔石墨烯片212的衬垫结构(也被称为衬片)示出为220。该实施方式中的衬垫结构220为穿孔的聚四氟乙烯(有时为聚四氟乙烷)片。结构220还可为穿孔的聚碳酸酯膜、纳米结构的碳、其他合适的聚合材料、或烧结的多孔金属。衬片的厚度可为例如从一百微米到一毫米(mm)。
[0024]应注意，在图2的装置或布置中，通过路径210施加到穿孔膜212的载离子水的压力可由来自罐216的重力作用来提供，由此强调装置200的方面。也就是说，不同于RO膜，形成穿孔膜212的穿孔石墨烯片312是疏水性的，并且经过穿透的孔(图3的312)的水不受到归因于变湿的引力的影响。而且，如上所述，经由石墨烯片310中的孔312的流动路径的长度等于片的厚度，即约0.2到0.3nm。该长度远小于延伸通过RO膜的随机路径的长度。结果，需要非常小的压力来提供流体流动，或者相反地，在给定压力下的流动在穿孔的石墨烯片310中大得多。这又转化成用于离子分离的低能量需求。本领域技术人员知道，在RO膜中所需的迫使水克服渗透压力而通过膜的压力包括膜的加热而导致的摩擦分量。因此，必须施加至RO膜的一些压力未用于克服渗透压力，而是变成热。仿真结果表明，穿孔石墨烯片显著地减少了所需压力。此外，由于石墨化学上的和生物学上的中性引起减少的预处理和减少的污垢产生的能量节省还将产生显著的节约。如上所述，图2的石墨烯片212 (或等同地图3的石墨烯片310)或多重石墨烯片中的穿孔312的尺寸被设定为不允许预期存在于源水中的最小离子通过。因此，大小等于或大于最小离子的任何离子将不通过穿孔的石墨烯片212，并且预期这种离子可能积聚在石墨烯片支撑室214的上游侧226。这种离子在上游“室”226的积聚被称为“沉淀”，并且将最终减少水通过穿孔石墨烯片212的流动，由此倾向于致使其对去离子化无效。如图2所示，提供其它路径230和排出阀232以允许沉淀物的清除和排放。因此，图2的装置或布置200的操作可处于“分批”模式。分批操作的第一模式在载离子水通过路径210流动且排出阀232关闭以防止流动时发生。载离子水填充支撑室214的上游侧226。水分子被允许流过图2的穿孔石墨烯片212并且经由衬片220到达支撑室214的下游侧227。因此，去离子水积聚在下游部分227 —段时间，并且可通过路径222排放至被示出为罐224的捕获容器内。最终，离子在支撑室的上游部分226的积聚或集中将倾向于减少水通过穿孔石墨烯片212的流动。为了清除积聚在上游室或侧226的集中的离子/水混合物，阀232被打开，从而在上游部分226重新填充来自罐216或栗218的载离子水的同时允许集中的离子/水混合物被清除。然后阀232关闭，并且另一个过滤周期开始。这导致去离子水的产生和去离子水在容器224中的积聚。
[0025]图4是具有多个穿孔(例如，图3的穿孔)的石墨烯片的图示。图4的片限定了(3、4或5个)孔。原理上，流速将与孔密度成正比。随着孔密度增大，通过孔的流动可变成“湍流”，这可能对给定压力下的流动带来不利影响。同时，随着孔密度增大，底部石墨烯片的强度可能局部地减小。在一些环境下，这种强度上的减小可导致膜的破裂。对于0.6纳米孔而言，孔之间的中心对中心间隔为15纳米的值被认为是接近最优。
[0026]图5是可与图2的石墨烯片(或如果使用多重石墨烯片)一起使用的衬片结构的简化图示。在图5中，衬片220由聚四氟乙烯(也为聚四氟乙烷)的细丝520制成，这些细丝520被布置成规则的网格并且在它们的交错处结合或熔合。衬片220也可为穿孔聚碳酸酯膜、纳米结构碳、其他合适的聚合材料，或烧结多孔金属。同穿孔石墨烯片一样，衬片的尺寸应该尽可能大以用于最大流，并与足够的强度相称。定向在相同方向上的彼此相邻的细丝520之间的间隔可标称地为lOOnm，并且细丝可具有40nm的标称直径。石墨烯片的抗张强度很大，因此衬片中的相对大的未支撑区域不应当存在问题。
[0027]图6是根据本公开的另一实施方式或方面的去离子或脱盐装置600的概念视图，在装置600中使用具有不同穿孔的多层石墨烯片。在图6中，与图2的元件相对应的元件由相同的参考字母数字表示。应理解，图6中的每个“层”可以为单石墨烯片或多重石墨烯片。在图6的支撑室614内，上游穿孔石墨烯片612a和下游穿孔石墨烯片612b分别将室划分成三个容积或部分，即上游部分或室626a、下游部分或室626b和中间部分或室629。每个穿孔的石墨稀片612a和612b与衬片相关联。更具体地，穿孔的石墨稀片612a由片620a加衬，并且穿孔的石墨烯片612b由片620b加衬。穿孔的石墨烯片612a和612b的穿孔彼此不同。更具体地，上游石墨烯片612a通过选择为不允许或禁止氯离子流过以及允许载钠离子水流过的孔612ac穿孔；这些穿孔标称直径为0.9纳米。因此，具有大于0.9纳米的有效直径的氯离子不能通过穿孔的石墨烯片612a，而是保留在上游部分或室626a中。载钠离子水可经由穿孔的石墨烯片612a流入中间室629。下游穿孔的石墨烯片612b通过选择为不允许钠离子流过并且允许水分子流过的孔612bs穿孔；这些穿孔标称直径为0.6纳米。因此，有效直径大于0.9纳米的氯离子不能穿过穿孔的石墨烯片612的孔612ac，但是载钠离子水能够经由穿孔的石墨烯片612a的孔612ac流入中间室629。钠离子不能穿过下游穿孔的石墨烯片612b，因此留在或积聚在中间部分或室629中。至少没有氯离子和钠离子的水分子(H20)能够从中间部分或室629流过穿孔的石墨烯片612b的孔612bs并且流入下游部分或室626b，从这里开始可通过路径222和收集容器224收集去离子的水。
[0028]如同图2的去离子布置200，图6的装置或布置600在去离子操作期间积聚或集中离子。然而，不同于图2的装置或布置，去离子装置600产生至少部分分离的离子集中。更具体地，通过载氯离子和钠离子的水的流动，装置600的上游部分或室626a积聚主要由氯离子构成的淤积物集中，并且中间部分或室629积聚主要为钠离子的集中。这些集中的离子可分别由清除连接630a和630b及其清除阀632a和632b的选择性控制进行分离地提取。更具体地，阀632a可被打开以允许集中的氯离子从上游部分或室626a流至被示为罐634a的收集容器，并且阀632b可被打开以允许集中的钠离子从中间部分或室629流至被示为罐634b的收集容器。理想地，清除阀632a在中间部分或罐629的清除开始之前关闭，从而在穿孔的石墨烯片612a上维持一些压力以提供水经由穿孔的石墨烯片612a的流动来帮助从中间室629冲洗富有钠离子的淤积物。清除阀632a和632b在进行去离子之前关闭。清除和收集的集中的离子(转换成固体形式的钠和转换成气体形式的氯)具有经济价值。应该注意，海水包含足够量的铍盐，并且这些盐如果优先集中则对制药产业而言具有催化剂的价值。
[0029]在图6中还示出了分别联通于流动路径658与上游部分或室626a和中间部分或室626b之间的错流阀654a和654b。载有离子的未过滤的水201可通过打开阀652而引导至流径流动路径658，或者去离子的水202可通过操作栗660而从罐224提供。错流阀654a和654b分别与清除阀632a和632b同步地打开或关闭，以帮助从室清除淤积物。
[0030]图7是根据本公开的一方面的去离子或离子分离布置的简化示意图。图7中，与图6的元件相对应的元件由相同的参考字母数字表示。在图7中，穿孔的石墨烯片612a和612b被卷成或螺旋缠绕成圆筒形，并且分别插入到如712a和712b所示的壳体中，如RO膜技术领域所公知。同样在其他实施方式中，石墨烯片612a和612b可以为单石墨烯片或多重石墨烯片。并且在前述实施方式中，多重片提高了它们的聚合强度和流动特性。
[0031]本领域技术人员将理解，除了氯和钠以外的离子可通过选择性穿孔的石墨烯片从水移除。
[0032]图8是根据本公开的一方面的错流分离装置的简化视图。分离装置(一般由数字700表示)被配置为去离子、脱盐或以其他方式从另一个成分中分离所选的成分，例如来自介质中的气体、微粒、溶解物、分子、和碳氢化合物或任何其他纳米尺寸或微米尺寸的成分。在本实施方式中，未过滤的或预过滤的介质702提供在适当尺寸的容器704中。介质可构成包含待从另一个分离的成分的流体或气体或它们的组合。未过滤的介质702通过重力或其他方式输送至高压栗706，高压栗706沿着可具有或可不具有阀708的管道或导管推进介质。如果阀708被提供并处于打开条件，则未过滤的介质进入通常由数字710指示的错流室。室在一端处设置有错流进口 712并在相反端处设置有错流出口 714。石墨烯膜720在室710中定位于比进口和出口相对较低的位置处。
[0033]如前述实施方式，石墨烯膜720 (单片或多重片)具有定尺寸为适于允许介质选定部分通过而不允许介质的其他部分通过的多个穿孔721。通常，用于气体分离的穿设孔径范围为从0.2到0.6nm，用于盐的穿设孔径范围为从0.6到2nm，以及用于碳氢化合物分子的穿设孔径范围为从10到lOO