本发明涉及离子分离领域，具体涉及一种含碳隔离膜及其制备方法和应用。
背景技术：
随着工农业生产的发展，水污染已经变成严重的问题，如何去除水中的各种离子，特别是污染离子，已经成为一个重要的课题。
中国发明专利103553167A提出了一种太阳能蒸发海水淡化装置，以解决现有海水淡化技术投资大、造价高、能耗高、对海水的预处理要求高、严重依赖化石、电力能源的问题。该发明的疏水薄膜密封覆盖在薄膜骨架上，海水储槽设置在疏水薄膜的下端，海水入水管穿设在疏水薄膜的下部，浓海水排出管穿设在海水储槽的下部，集水槽设置在海水储槽和疏水薄膜的交汇处，集水箱竖直设置在海水储槽内，且集水箱的上端面与集水槽在同一平面上，淡化水出水管穿设在集水箱的下部，所述排气管竖直穿设在疏水薄膜的上端，曝气头设置在海水储槽内，进气管穿设在海水储槽内并与曝气头连接。
中国发明专利102398962A提供了一种用海水势能进行反渗透淡化的装置，其特征在于，包括：海水淡化机组，制盐机组，管道，其中海水淡化机组包括反渗透膜机组，用于将从初级海水处理引入的初处理海水通过管道进入反渗透膜机组，反渗透膜机组置于水平面一定落差深度的位置，将具有势能的海水作用于反渗透膜机组，从而将海水通过反渗透膜去盐，所述反渗透膜机组将海水淡化后使用高扬泵将淡水抽出。
中国专利105668839A提供了一种利用大型海藻处理重金属废水的工艺，包括以下工序：（1）废水预处理；（2）非活性大型海藻过滤池处理；（3）非活性大型海藻吸附池处理；（4）反渗透膜组件除去剩余重金属离子（5）达标排放，本发明的重金属废水处理工艺简单、成本较低，在反渗透工艺前分别设置非活性大型海藻过滤池和非活性大型海藻吸附池，可有效除去污水中的重金属离子、有机污染物和无机污染物，减轻了反渗透膜组件的污染负荷，减少膜组件的更换次数，并且防腐性能大大提高，可定期更换，不会造成二次污染。
中国发明专利105236610A公开了一种海水淡化集成设备，属于海水淡化处理领域，一体化设备包括海水储水箱、海水进水泵、保安过滤器、超滤膜组件、反洗水泵、中间水箱、中间水泵、浓水储箱、淡水储箱、极水储箱、浓水循环泵、淡水循环泵、极水循环泵、电驱动膜堆、整流器、高压泵、反渗透装置、计量泵、清洗泵、清洗箱、饮水箱、饮水龙头等装置；海水通过超滤装置可有效地截留其中的悬浮物、藻类和一些细菌等，其出水经中间水箱进入电驱动膜系统，产出的淡水在高压泵作用下通过反渗透膜后，达到饮用水标准，从而达到海水淡化的目的。该设备是一种一体化的海水淡化设备，有脱盐率高、产水量大、运行成本低、高效集成化和自动化等特点。
中国专利103657611A提供了一种用于水污染治理的纳米吸附材料，由重量百分比为30～55％的纳米电气石，20～35％的改性活性炭；10～20％的纳米凹土；8～22％的改性氧化石墨烯；1～5％的合成树脂复配而成。本发明采用纳米电气石、改性活性炭、改性氧化石墨烯、纳米凹土等纳米级材料和树脂材料复配，具有极大的比表面积、精细的三维结构和合适的表面吸附电荷，可作为微生物膜载体，发展出数量巨大、物种丰富、活性极高的微生物群落，并通过微生物的代谢作用高效降解废水中的有机物。同时本发明作为一种吸附材料，也可以有效吸附污水中的重金属、悬浮物，克服了传统吸附材料只能适用于单一场合的不足。
技术实现要素：
发明目的：目前采用薄膜过滤的方法进行海水淡化的工艺还不成熟，其根源在于过滤的效率不高。为了实现高效率低成本地从海水中提取淡水，本发明所要解决的技术问题是提供了一种含碳隔离膜。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种含碳隔离膜的制备方法。
本发明还要解决的技术问题是提供了一种含碳隔离膜的应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种含碳隔离膜，所述复合膜依次由微孔滤膜、含碳复合层和微孔滤膜三层组成，所述微孔滤膜的孔径为10nm～100μm，该微孔滤膜的材质是高分子、金属或氧化物，所述含碳复合层为含有部分还原的氧化石墨烯、CeO2。
其中，上述复合膜的厚度为100nm～100μm。
其中，上述高分子为PP和/或PE材料。
其中，上述氧化物为氧化铝。
上述的隔离膜的制备方法，包括以下步骤：
1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液均匀混合；
2）以微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；
3）将三明治结构的复合膜在40～80℃条件下干燥4～24h；
4）通过紫外光照射 3～10天，利用CeO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到隔离膜。
其中，上述氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5～50mg/L，CeO2的水溶液体积质量浓度为5～30mg/L。
其中，上述氧化石墨烯、CeO2的质量比为 1 ：0.1～0.2。
上述的隔离膜在海水淡化方面的应用。本发明的隔离膜可以用于各种盐的脱除，特别适合应用在海水淡化领域。
本发明采用微孔滤膜作为支架，隔离海水中微米级以上的颗粒，采用含碳复合层作为脱出海水中的各种盐离子。含碳复合层中的CeO2作为光敏催化剂，在紫外光的照射下可以产生电子-空穴对，部分地还原氧化石墨烯，使之产生一种能够允许水分子通过但是能够隔离钠、镁、钾、钙等等离子的通道。只有大小合适的通道尺寸才能带来较好的过滤效果。
有益效果：本发明与现有技术相比，本发明的复合膜由于两侧有两层微孔滤膜保护，力学性能高，可以保证含碳复合层难以被破坏。含碳复合层能够允许水分子通过，但是海水中的钠离子、钙离子、镁离子等通过率极低。本发明脱盐的效率高，去除率在99%以上，高于现有技术。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作更进一步的举例说明。
实施例1：隔离膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为50mg/L，CeO2水溶液体积质量浓度为10mg/L，氧化石墨烯、CeO2的质量比为 1 ：0.15；
2）以平均孔径为0.6微米的PP微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2的混合溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为3.7微米的PE微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；
3）将三明治结构的复合膜在40℃条件下干燥4h；
4）通过紫外光照射 3天，利用CeO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为12微米的隔离膜。配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.4%，去除钠的效果为99.5%。
实施例2：隔离膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为5mg/L，CeO2水溶液体积质量浓度为5mg/L，氧化石墨烯、CeO2的质量比为 1：0.2；
2）以平均孔径为0.01微米的氧化铝多孔膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为0.05微米的PP微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；
3）将三明治结构的复合膜在80℃条件下干燥14h；
4）通过紫外光照射 10天，利用CeO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为0.10微米的隔离膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.1%，去除钠的效果为99.3%。
实施例3：隔离膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为25mg/L， CeO2水溶液体积质量浓度为20mg/L，氧化石墨烯、CeO2的质量比为 1：0.2；
2）以平均孔径为0.32微米的PE微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2的混合溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为6.8微米的PE微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；
3）将三明治结构的复合膜在60℃条件下干燥14h；
4）通过紫外光照射 5天，利用CeO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为0.28微米的隔离膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.2%，去除钠的效果为99.8%。
实施例4隔离膜的制备
1）将氧化石墨烯的水溶液、CeO2的水溶液均匀混合；氧化石墨烯水溶液体积质量浓度为40mg/L，CeO2的水溶液体积质量浓度为30mg/L；氧化石墨烯、CeO2的质量比为 1：0.1；
2）以平均孔径为56微米的PP微孔滤膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、CeO2的混合物溶液在负压下脱水，进而在微孔滤膜基底上相互堆叠自组装为含碳复合层；在抽滤过程中将另一层平均孔径为100微米的PP微孔滤膜包覆在含碳复合层之上，构成三明治结构的复合膜；
3）将三明治结构的复合膜在40℃条件下干燥24h；
4）通过紫外光照射 6天，利用CeO2的光催化特性使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为100微米的隔离膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为99.8%，去除钠的效果为99.5%。
对比例
1）将氧化石墨烯的水溶液、纳米氧化钛的水溶液的水溶液均匀混合；氧化石墨烯的水溶液体积质量浓度为40mg/L， 氧化钛的水溶液体积质量浓度为50mg/L；氧化石墨烯、纳米氧化钛的质量比为 1：0.1；
2）以平均孔径为1.6微米的氧化铝多孔膜为基底，采用真空抽滤法使氧化石墨烯、纳米氧化钛的混合物溶液在负压下脱水；
3）在80℃条件下干燥14h；
4）通过紫外光照射 3天，使氧化石墨烯部分还原，最终得到厚度为7.8微米的海水淡化膜。
配制含有5wt%氯化镁、5at%氯化钠的混合溶液，采用抽滤法测量该薄膜对该溶液的除盐效果，去除镁的效果为91.2%，去除钠的效果为89.4%。在使用3次之后，发现含氧化钛/氧化石墨烯的层有脱落现象。
可以看出，本发明的实施例的技术效果优于对比例。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。