[發明專利]一種二維g-C3

在審

• 申請號: 202210063648.8
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114592197A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 薛健;張婭;王海輝
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C25B1/01
• 分類號: C25B1/01;C25B1/50;B82Y40/00;C25D13/02;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/02;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 文靜

本發明公開一種二維g?C₃N₄納米片膜及其電化學制備方法。該制備方法，包括如下步驟：(1)將三聚氰胺、氫氧化鈉與水按照質量體積比為(1～3)g：(0.5～1)g：(50～100)mL混合均勻，作為電解液；以鉑片為電極，電壓的大小為3～10V的直流電源，通電反應1～3h，將反應后的電解液經離心、透析處理，獲得g?C₃N₄納米片溶液；(2)將處理過的有孔基底放在U型槽的中間固定，在兩端插入碳板作為電極，U型槽的一側加入g?C₃N₄納米片溶液，另一側加入超純水，通電進行電泳沉積，沉積完成后，取出基底，進行干燥處理，獲得二維g?C₃N₄納米片膜。該二維g?C₃N₄納米片膜對離子具有較高的攔截效果。

技術領域

本發明屬于離子分離膜技術領域，具體涉及一種二維g-C₃N₄納米片膜及其電化學制備方法與在離子分離中的應用。

背景技術

隨著人口的過度增長，工業化進程的加速，水污染問題日益嚴重，如何得到清潔水成為了一個至關重要的問題。地球上幾乎97％的水是微咸水和海水，海水和微咸水的脫鹽已經成為清潔水的重要替代來源。相對于傳統的脫鹽技術而言，膜分離技術由于占地面積小、成本低、操作方便等優勢而受到人們的廣泛關注。

在膜分離過程中，最為核心的問題就是膜材料的開發。目前使用的最多是聚合物膜和陶瓷膜，但是聚合物膜存在易污染、通量低等問題，而陶瓷膜存在成本高等缺點，極大的限制了其應用。因此，一種同時具備有機膜的易制備性和陶瓷膜的熱穩定的理想膜才能滿足工業化應用的需要。

近幾年來，二維材料出現在人們的視野中，并將其用于膜分離領域，其中最具代表性的二維膜為氧化石墨烯膜。但是氧化石墨烯膜在水溶液中不穩定，易發生溶脹的現象。所以迫切需要開發另外一種二維材料膜用于水處理過程。而二維石墨相氮化碳(g-C₃N₄)納米片膜，與氧化石墨烯膜相比，制備更簡單，穩定性更高，在分離領域展現出了工業應用潛力。

一般來說，二維納米片膜的性能一方面與納米片的質量有關，另一方面也和膜的制備方法有關。其中，納米片的質量決定了膜的穩定性，而膜的制備方法則很大程度上決定膜的完整性，從而影響其分離性能。目前，g-C₃N₄納米片的制備通常是通過熱聚合法得到塊狀g-C₃N₄，再進行剝離得到g-C₃N₄納米片，但此過程涉及步驟較多，且需要高溫等條件，容易導致g-C₃N₄納米片的結構受到破壞；二維g-C₃N₄納米片膜的制備一般是通過抽濾的方式將納米片堆疊成膜，但此過程用時較長，效率低下。因此，如果能用一種簡單的方法制備出高質量的g-C₃N₄納米片和二維g-C₃N₄納米片膜，并且展現出優異的分離性能，則對工業的發展具有重大意義。

發明內容

為了解決現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種二維g-C₃N₄納米片膜的電化學制備方法，該制備方法過程簡單、能耗低、所需原料少、成本低、可重復性高、適用性廣泛，適合工業化生產。

本發明的第二目的在于提供上述制備方法制備得到的二維g-C₃N₄納米片膜，該納米片膜對離子具有較高的攔截效果。

本發明的第三目的在于提供二維g-C₃N₄納米片膜的應用，具體應用于離子分離領域。

本發明的首要目的通過以下技術方案實現：