[发明专利]一种基于LDHs的阴离子选择性膜的制备及其应用

说明书

本发明公开了一种基于LDHs的阴离子选择性膜的制备方法及应用。基于LDHs的阴离子选择性的纳米流体通道薄膜，具有这样的特征：阳极氧化铝膜层，作为基底；以及LDHs纳米片层，均匀分布在阳极氧化铝薄膜的表面及纳米通道内，该纳米流体通道薄膜的通道尺寸为10‑20nm；本发明制得的纳米流体通道薄膜能将盐差能转换为电能，实现盐差能的收集。薄膜的高表面电荷密度以及低膜电阻使其具有高阴离子选择性以及高渗透电导，能够实现高且稳定的发电效率。

技术领域

本发明属于纳米流体通道薄膜领域，具体地涉及一种基于LDHs的阴离子选择性膜的制备方法及其在盐差能收集中的应用。

背景技术

盐差能作为一种蓝色能源，广泛存在于环境中，清洁可持续，但尚未被充分利用。传统上应用于收集盐差能的电渗析技术往往受限于较低的输出功率密度以及高能源成本。仿生纳米流体通道技术受启发于生物体内脂质双分子层中的生物离子通道，凭借其高能量转换效率成为一种新兴的收集盐差能的方式。现有的高性能纳米流体通道多采用二维纳米材料进行构建，这是因为二维纳米材料具有高表面电荷密度、原子级厚度以及优异的力学性能。但现有的基于二维纳米材料的纳米流体通道多是阳离子选择性的，要得到阴离子选择性的纳米流体通道常需经过化学修饰等处理，步骤较繁琐，不利于实用化。因此，亟需一种天然阴离子选择性的纳米流体通道薄膜的制备方法。层状双金属氢氧化物(LDHs)作为层状二维纳米材料被广泛应用于光学传感器、水分解、超级电容器、锂电池及生物医学等领域。其层片带正电，是极具潜力的阴离子选择性膜的功能材料。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于LDHs的阴离子选择性的纳米流体通道薄膜的制备方法及其应用，该薄膜具有很好的稳定性并能实现盐差能向电能的能量转换。

本发明采用的技术方案如下：

一、一种基于LDHs的阴离子选择性膜的制备方法

包括以下步骤：

1)配制浓度为0.1-1mol/L的硝酸盐溶液，用硝酸溶液及氨水溶液调节硝酸盐溶液的pH至5-6；

2)将阳极氧化铝膜垂直放置在步骤1)的硝酸盐溶液中，对硝酸盐溶液进行加热，在阳极氧化铝膜表面生长出层状双金属氢氧化物(LDHs)；

3)取出生长有LDHs的阳极氧化铝膜，在去离子水中充分浸润后，室温干燥24h，得到基于LDHs的具有阴离子选择性的纳米流体通道薄膜，即阴离子选择性膜。

所述硝酸盐溶液中硝酸盐采用硝酸镍、硝酸钴或硝酸锌；

硝酸盐的种类根据所需制备的阴离子选择性膜的种类进行选择，具体为：制备NiAl-LDH阴离子选择性膜采用硝酸镍溶液，制备CoAl-LDH阴离子选择性膜采用硝酸钴溶液，制备ZnAl-LDH阴离子选择性膜采用硝酸锌溶液。

所述步骤2)中阳极氧化铝的孔径范围控制在160-200nm。

所述步骤2)中的加热温度为80℃，加热时间为4-20h。

所述纳米流体通道薄膜的厚度为45-50μm，纳米通道尺寸为10-20nm。

二、一种基于LDHs的阴离子选择性膜在盐差能收集中的应用

将阴离子选择性膜放置于浓盐溶液和稀盐溶液之间，浓盐溶液和稀盐溶液中分别插入有与电源相连的电极，阴离子选择性膜带正电荷，当浓盐溶液中的阴阳离子在盐差的驱动下具有向稀盐溶液迁移的趋势时，阴离子选择性膜允许阴离子通过，阻隔阳离子的迁移，从而产生电荷的定向移动，产生了电流，实现了盐差能向电能的转换。

浓盐溶液的摩尔浓度与稀盐溶液的摩尔浓度比值为5:(0.0001～0.01)，稀盐溶液的浓度最低可至0.0001M/L。