一种荷电异质层状膜及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115888431A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211403407.XC02F103/08(2006.01)(22)申请日2022.11.10(71)申请人郑州大学地址450001河南省郑州市高新技术开发区科学大道100号(72)发明人王景涛李文鹏吴晓莉武文佳陈冲冲(74)专利代理机构焦作市科彤知识产权代理事务所(普通合伙)41133专利代理师陈湍南(51)Int.Cl.B01D71/02(2006.01)B01D69/02(2006.01)B01D67/00(2006.01)C02F1/44(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种荷电异质层状膜及其制备方法与应用(57)摘要本发明属于海水脱盐技术领域，公开了一种荷电异质层状膜及其制备方法与应用，该制备方法包括以下步骤：步骤1，制备荷电异质纳米片；步骤2，将荷电异质纳米片稀释到一定浓度后，通过低压抽滤制备成具有规则通道的荷电异质层状膜。本发明制备的荷电异质结构层状膜，依靠正电荷纳米域和负电荷纳米域形成的纳米静电场，可表现出比传统正电荷和负电荷层状膜显著优异的海水脱盐性能和机械稳定性，适应于海水脱盐应用。CN115888431ACN115888431A权利要求书1/1页1.一种荷电异质层状膜制备方法，其特征在于，该制备方法包括：步骤1，制备荷电异质纳米片；步骤2，将荷电异质纳米片稀释到一定浓度后，通过低压抽滤制备成具有规则通道的荷电异质层状膜。2.根据权利要求1所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于：所述荷电异质纳米片为横向异质纳米片，由多个正电荷纳米域和负电荷纳米域交替分布组成。3.根据权利要求2所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，制备荷电异质纳米片包括：步骤1‑1，在一定温度下，通过分子水平预组装制备荷电异质纳米片前驱体；步骤1‑2，将荷电异质纳米片前驱体通过高温缩聚，制备成层状纳米材料；步骤1‑3，将层状纳米材料通过超声辅助剥离，制备成荷电异质纳米片。4.根据权利要求3所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于：步骤1‑1中，分子水平预组装的过程为，温度控制在95‑100℃，将三聚氰酸水溶液和硼酸水溶液分多次交替加入到三聚氰胺水溶液中，搅拌至完全沉淀，将过滤后得到的沉淀物在40℃条件下真空干燥12h，得到白色粉末状的荷电异质纳米片前驱体；步骤1‑2中，荷电异质纳米片前驱体在高温缩聚过程中，全程通入氨气，氨气流速为15mLmin‑1；步骤1‑3中，取一定量的层状纳米材料分散到水乙醇混合溶液中进行超声辅助剥离。5.根据权利要求4所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于，步骤1‑1中，三聚氰酸、硼酸和三聚氰胺的摩尔比为1:1:2，当三聚氰酸、硼酸和三聚氰胺分别取0.1mol，0.1mol和0.2mol单体时，溶剂水的体积分别为3mL、3mL和8mL；步骤1‑2中，高温缩聚的条件为540℃下恒温4h后，继续升温至750℃加热2h，全程升温速率恒定为3℃min‑1；步骤1‑3中，水乙醇混合溶液中水与乙醇的体积比为6:4，超声辅助剥离时间为10h，得到由多个正电荷g‑C3N4纳米域和负电荷BN纳米域交替分布组成的荷电异质纳米片。6.根据权利要求5所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于，步骤2中：荷电异质纳米片稀释后的浓度为0.005～0.01gL‑1；低压抽滤的压力为0.2‑1.0bar。7.根据权利要求6所述的荷电异质层状膜的制备方法，其特征在于，步骤2中：荷电异质纳米片稀释后的浓度为0.01gL‑1；低压抽滤的压力为0.2‑0.5bar。8.一种荷电异质层状膜，其特征在于，采用权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制备得到。9.根据权利要求8所述的荷电异质层状膜，其特征在于，所述荷电异质层状膜的厚度为0.2‑2.0μm。10.根据权利要求8或9所述的荷电异质层状膜在海水脱盐中的应用。2CN115888431A说明书1/5页一种荷电异质层状膜及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明属于海水脱盐技术领域，具体涉及一种荷电异质层状膜及其制备方法与应用。背景技术[0002]荷电物质的选择性传递对于生物(质子泵、离子泵)和化工(渗透能转化、海水脱盐)过程至关重要。但是不同于分子分离，依托极性和尺寸的差异可以实现高选择性传递和截留，离子则由于水合壳的形变和脱水效应使得截留更加困难。尤其是对于海水脱盐，作为一种解决淡水资源短缺的重要手段，已经引起了研究者的广泛关注。然而目前常用的分离工艺为多效精馏和多效闪蒸，这些工艺依托相转化实现优异的水/盐分离，需要消耗大量的能量。近年来发展的膜分离技术为实现高效率、低能耗生产淡水资源带来了可能。例如,渗透