[发明专利]一种纳米流体发电的方法及其电解池装置和纳米多孔膜

说明书

本发明提供一种纳米流体发电的方法及其电解池装置和纳米多孔膜，所述方法包括以下步骤：步骤1：制备纳米多孔膜；步骤2：将步骤1制备的纳米多孔膜固定在两个侧面中间开口的池壳体的开口处，连接两个所述池壳体，分别在一侧的所述池壳体中加入电解质溶液和胶体溶液，另一侧的所述池壳体中加入等量纯水；步骤3：在所述池壳体左右两侧分别放置同种Ag/AgCl电极，连接电压源和电流表，施加外电压，构成反向电渗析的电解池装置。本发明基于胶体粒子与纳米多孔膜的离子选择性透过机制，实现了对纳米流体发电效率的调控，具有环境低污染，生产成本低、应用价值高、实用性好、使用广泛的优点。

技术领域

本发明涉及一种纳米流体发电的方法及其电解池装置和纳米多孔膜，特别涉及一种通过胶体调控纳米流体发电的方法及其电解池装置和纳米多孔阳极氧化铝膜。属于浓度梯度差发电技术领域。

背景技术

在任何固液界面处，表面电离、离子吸附和离子溶解均会使固体的表面带电。由于静电相互作用，表面电荷将会吸引溶液中的异号离子，从而在固液界面处形成一个双电荷层(EDL)，进而对流体的流动行为产生影响。对于宏观和微观尺度的流体而言，由于体效应趋于主导，所以很难观察到物体表面电荷的影响。但当流体流经的物体特征尺寸小于100nm时，界面效应趋于主导，将会产生一些不同于宏观和微观流体的新的物理现象。实验和理论均证实，由于纳米通道中固液界面处EDL的交叠，纳米通道具有明显的离子选择透过性，可被应用于多个与离子分离相关的基础研究和应用技术领域。随着微纳制备技术的广泛普及，灵敏表征和探测纳米流体发电已形成了新能源探索领域的热点，并日益得到更为广泛的关注。

在实际的应用环境中，胶体颗粒作为地表水(例如海水、湖泊和河流)和岩石裂隙中循环的地下水中各种污染物的运输载体，蕴含在自然水体中。胶体颗粒的直径在1nm到1000nm之间，具有大的表比体率。由于离子吸附、离子溶解和表面电离导致胶体颗粒表面带电。在自然水体中，稳定分布的胶体颗粒表面带电离子的结构和分布必然会对溶液中的离子输运产生影响。那么，在实际的纳米流体发电体系中，胶体颗粒的作用是什么，到目前为止，尚未有文献和专利报道。我们研究了利用纳米多孔膜，特别是纳米多孔阳极氧化铝膜(porous anodic alumina membrane，PAAM)纳米孔阵列实现纳米流体发电，阐述了胶体颗粒对纳米孔阵列纳米流体发电的影响，并首次实验证实可以利用胶体颗粒对离子输运的影响来优化纳米流体发电性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种纳米流体发电的方法及其电解池装置和纳米多孔膜，通过胶体修饰纳米多孔膜的纳米孔阵列，或通过调控胶体颗粒的量和胶体颗粒与纳米孔的相对位置来减弱离子浓度极化，从而达到提高发电功率，优化纳米流体的发电性能的技术效果。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种纳米流体发电的方法，包括以下步骤：

步骤1：制备纳米多孔膜；

步骤2：将步骤1制备的纳米多孔膜固定在两个侧面中间开口的池壳体的开口处，连接两个所述池壳体，分别在一侧的所述池壳体中加入电解质溶液和胶体溶液，另一侧的所述池壳体中加入等量纯水；

步骤3：在所述池壳体左右两侧分别放置同种Ag/AgCl电极，连接电压源和电流表，施加外电压，构成反向电渗析的电解池装置。

优选的，所述纳米多孔膜为纳米多孔阳极氧化铝膜。

优选的，所述纳米多孔阳极氧化铝膜是通过二次阳极氧化法制备的，包括以下步骤：

先将抛光后的纯度为99.99％的铝片一次阳极氧化6小时，然后用铬酸浸泡12小时去除一次氧化层，再进行二次阳极氧化1小时，然后使用饱和氯化铜溶液去除氧化铝膜背面未反应的铝，清洗干净，用磷酸通孔100分钟，即得；

其中，所述阳极氧化使用0.4mol/L的草酸溶液，恒压30V，恒温10℃。