[发明专利]一种可用于气体分离的g-C3

说明书

本发明公开了一种可用于气体分离的g‑C₃N₄二维纳米片膜及其制备方法与在气体分离中的应用。该方法包括如下步骤：（1）热处理得到块状g‑C₃N₄；（2）液相剥离得到g‑C₃N₄二维纳米片溶液；（3）利用二维纳米片成膜技术将g‑C₃N₄二维纳米片沉积于基底得到g‑C₃N₄二维纳米片膜。本发明的制备过程使用的均是无毒、无害、无污染的试剂，不会造成二次污染，绿色环保，且操作简单、耗时短、成本低廉、重复性好，可实现大批量工业化生产。本发明的g‑C₃N₄二维纳米片膜中的g‑C₃N₄二维纳米片横向尺寸大，膜透气量高、稳定性好，具有广阔的应用前景，能很好地应用于氢气与不同动力学直径及特征的气体分子的分离。

技术领域

本发明属于气体分离膜技术领域，具体涉及一种g-C₃N₄二维纳米片分离膜及其制备方法与在气体分离中的应用。

背景技术

随着全球经济的发展和能源需求的增长，带来了众多环境问题，因此推行使用清洁能源势在必行。而氢气具有比较高的热值，无毒，清洁等优点，且氢能具有能够存储也能够运输的特点。其中，氢燃料电池汽车以氢气体为使用能源，它能实现零排放而且效率高，而且它与矿物能源不同，氢能源是可以再生的，它毫无疑问将是人类的未来能源，有望作为新能源最主要的替代品。因此，制备以及分离氢气有着重要的战略意义，符合国家的长远方针。

在寻找高效和洁净的氢气分离方法来分离氢气过程中，气体膜分离法因其具有能耗低，规模可控，操作方便，且运行设施简单等优点成为新型的气体分离方法。目前氢气膜分离法主要分为有机分离膜以及无机分离膜，而其中有机膜存在物理和化学稳定性差、耐热性差以及再生困难等缺点。另外，无机膜虽然具有良好的化学稳定性，耐热性以及机械性能，但其生产成本极高，而且不可大规模制备应用。因此，制备新型材料分离膜解决上述问题具有重大意义。

近数十年来，二维材料因具有原子厚度以及其尺寸带来的独特物化性质而引起众多研究者的广泛关注，如零维的纳米金，一维的纳米线，碳纳米管，二维的层状纳米片，三维的金属有机骨架，沸石等纳米材料。由于这些纳米材料组成的膜性能远高于传统膜，并且表现出迥异于传统膜的传质分离机制。但仍存在一些不足，一是除了氧化石墨烯(GO)和石墨烯(graphene)，研究者对纳米片分离膜的研究主要集中于超滤和纳滤，对分离领域中其它方面涉足甚少，二是研究者制备纳米片工艺过于繁琐，采用的溶剂过于危险且容易污染环境。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种可用于气体分离的 g-C₃N₄二维纳米片膜。

本发明的目的还在于提供所述的一种可用于气体分离的g-C₃N₄二维纳米片膜的制备方法。该方法绿色环保，制备的g-C₃N₄二维纳米片膜在气体分离中的分离性能优异。

本发明的目的还在于提供所述的一种可用于气体分离的g-C₃N₄二维纳米片膜在气体分离中的应用，具体应用于氢气与不同动力学直径及特征的气体分子的分离。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种可用于气体分离的g-C₃N₄二维纳米片膜的制备方法，包括如下步骤：