[發明專利]一種介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜、超組裝制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010639827.2
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111729512B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 孔彪;周姍;謝磊;曾潔;劉占杰;陳海濤
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: B01D61/02
• 分類號: B01D61/02;B01D67/00;B01D69/12;B01D71/02
• 代理公司: 上海德昭知識產權代理有限公司 31204
• 代理人: 王偉珍

本發明屬于納流控能源技術領域，提供了一種介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜、超組裝制備方法及其應用，用F127、正硅酸乙酯及甲階酚醛樹脂制備介孔碳硅前驅體溶液，將該前驅體溶液旋涂到堵好孔的陽極氧化鋁膜上，然后經過室溫下的蒸發誘導自組裝、熱聚合及惰性氛圍下的焙燒，得到介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜。本發明采用蒸發誘導自組裝方式制備具有規整納米通道結構的介孔碳硅膜，之后采用界面超組裝方式在AAO基底上生長一層介孔碳硅膜，從而得到具有優越陽離子選擇性的MCS/AAO復合膜，實現MCS/AAO復合膜的大規模制備。該復合膜能夠為離子傳輸提供豐富的通道，在滲透能領域有很大的應用前景，并且可以進一步修飾活性基團，用于能源捕獲、生物傳感、脫鹽等領域。

技術領域

本發明屬于納流控能源技術領域，具體涉及到一種介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜、超組裝制備方法及其應用。

背景技術

納流控作為新發展的一個新興領域，由于其通道的納米尺寸效應使得其在各種應用方面具有很大的應用前景，比如能源捕獲，生物傳感，水處理等。近年來，隨著經濟不斷發展，社會以及人類對于能源的需求量不斷上升，除了已經發展的風能，潮汐能，太陽能等，亟待探索一種新型的能夠代替傳統的產生環境污染物的石化燃料的清潔能源。滲透能，存在于不同鹽濃度的溶液中，在現實的環境中即存在于江河湖海入海口處，研究表明如果將存在于江河湖海入海口處的鹽差能充分利用，將會供應全世界人類對于電能的需求。因此，很多研究集中于滲透能捕獲領域。用來捕獲滲透能的技術包括電滲析，反滲透以及壓力驅動滲透。其中最簡單并且節省資源的方法就是反滲透技術。反滲透技術就是利用荷電的離子選擇性膜對來捕獲滲透能，技術的核心就是制備這種離子選擇性膜。為了能夠更好的控制離子的傳輸，流控技術被借鑒。因為納流控反滲透體系基本上是依靠納米通道膜來實現應用，納米通道膜除了因為膜本身的通道表面帶有正電荷或者是負電荷，所以在通道內部會出現雙電層，又由于通道只是納米尺寸，所以會出現雙電層的重疊現象，所以在通道內部與膜本身帶相反電荷的離子濃度會更高，從而實現離子的選擇性傳輸。

介孔材料，其孔徑大小在2nm-50nm左右，并且具有非常規整的孔結構，所以可以被用來構建鈉流控設備。但是除了納米尺寸的孔徑以外，納米通道表面所帶電荷對于離子的傳輸也是至關重要的，因此需要想辦法提高納米通道表面的電荷密度來提高納流控膜的離子選擇性，從而在滲透能轉換領域取得更高的效益。

發明內容

本發明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供一種規整納米通道結構以及陽離子選擇性的介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜、超組裝制備方法及其應用。

本發明提供了一種介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜，具有這樣的特征，包括：作為基底的陽極氧化鋁膜層及覆蓋在陽極氧化鋁膜層的一面上的介孔碳硅層，其中，陽極氧化鋁膜層在水中荷正電荷，介孔碳硅層在水中荷負電荷。

在本發明提供的介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜中，還可以具有這樣的特征：其中，陽極氧化鋁膜層的厚度為60μm～80μm，介孔碳硅層的厚度為400nm～600nm。

本發明還提供了一種介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜的超組裝制備方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟1，介孔碳硅前驅體溶液的制備：將F127溶解于無水乙醇中得到F127的乙醇溶液，然后加熱攪拌一段時間后，加入正硅酸乙酯及甲階酚醛樹脂，繼續加熱攪拌，得到介孔碳硅前驅體溶液；步驟2，將介孔碳硅前驅體溶液旋涂到堵好孔的陽極氧化鋁膜的一面上，得到復合膜；步驟3，將復合膜在室溫下蒸發誘導自組裝，之后在100℃～150℃下進行熱聚合；步驟4，將經過熱聚合的復合膜在惰性氣體氛圍下于400℃～500℃焙燒，得到介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜，其中，步驟1中，正硅酸乙酯與F127的質量比為2.08:1～3:1，甲階酚醛樹脂與F127的質量比為2.5:1～10:1，步驟2中，旋涂時的轉速為3000r/min～3500r/min。

在本發明提供的介孔碳硅/陽極氧化鋁復合膜的超組裝制備方法中，還可以具有這樣的特征：其中，步驟1中，F127與無水乙醇的質量比為1:7.5～1:10，加熱溫度為40℃。