[发明专利]一种钾离子选择性薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了钾离子选择性薄膜及其制备方法。制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，停止搅拌并将溶液冷却至室温形成胶体溶液，并取一定量的胶体溶液滴加在多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜；将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入0.1～0.5M的KCl溶液中，室温下吸附10～24h后取出，用离子水冲洗，随后用氮气吹干。本发明利用氧化石墨烯薄膜作为离子传输通道及二甲基二甲氧基硅烷功能分子作为Ksupgt;+/supgt;的吸附位点，并结合溶液浸泡法将Ksupgt;+/supgt;负载在功能化氧化石墨烯薄膜材料上，得到钾离子选择性薄膜，从而实现了对Ksupgt;+/supgt;的选择性通过。

技术领域

本发明涉及选择性薄膜技术领域，尤其涉及一种钾离子选择性薄膜及其制备方法。

背景技术

自从发现生物通道及其在生理过程中的重要性以来，人工仿生合成一系列的固态纳米通道以模拟生物孔道的传输特性等研究领域逐渐发展。例如，钾离子生物通道负责K⁺的跨膜传输这一生理过程，K⁺的选择性依赖于孔道中四组紧密间隔的K⁺结合位点，使其具有高的K⁺选择性传输。若它们的缺失或功能失调可能导致很严重的疾病，如高钾血症。因此，人工合成K⁺通道的发展为弥补功能缺陷提供了一种可能。对于K⁺通道的发展，人们目前仅合成了与钾离子生物通道尺寸大小相似的纳米孔，但K⁺的选择性不高且通量较低。因此，从仿生角度出发，寻求与钾离子生物通道尺寸相似且工作机理一致，并具有高通量、高选择性的薄膜制备方法是目前面临的重要问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种K⁺选择性高且通量较高的钾离子选择性薄膜及其制备方法。

本发明的一种钾离子选择性薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1：制备功能化氧化石墨烯薄膜

将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，停止搅拌并将溶液冷却至室温形成胶体溶液，并取一定量的胶体溶液滴加在多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜；

S2：制备负载K⁺功能化氧化石墨烯薄膜

将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入0.1～0.5M的KCl溶液中，室温下吸附10～24h后取出，并用离子水冲洗功能化氧化石墨烯薄膜表面多余的离子溶液，随后用氮气吹干，制备成负载K⁺功能化氧化石墨烯薄膜，即钾离子选择性薄膜。

进一步的，步骤S1中，采用以下质量比的原料：氧化石墨烯:二甲基二甲氧基硅烷:去离子水＝7:250～350:2000。

进一步的，步骤S1中，加热温度为100～110℃，转速为350～500r/min；磁力搅拌反应5～7h。

进一步的，多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的孔径为30nm。

一种采用上述的制备方法制备的钾离子选择性薄膜。

本发明通过仿生钾离子生物通道结构特点，利用氧化石墨烯薄膜作为离子传输通道及二甲基二甲氧基硅烷功能分子作为K⁺的吸附位点，并结合溶液浸泡法将K⁺负载在功能化氧化石墨烯薄膜材料上，得到负载K⁺的功能化氧化石墨烯选择性薄膜，从而实现了对K⁺的选择性通过。