[发明专利]一种介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜、超组装制备方法及其应用

说明书

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜、超组装制备方法及其应用，利用氧化硅与AAO表面的氢键作用力，以AAO为基底，借助旋涂的方法，通过界面超组装和蒸发诱导自组装构筑策略在AAO基底上制备一层超薄的、规整有序的、厚度可控的介孔硅膜，从而得到介孔硅/AAO异质结膜。该异质结膜包括介孔硅较小的带负电荷的介孔通道和阳极氧化铝带正电荷的纳米通道，为离子提供了丰富的传输通道。这种带不同电荷的双极膜结构能够为离子传输提供丰富的通道，大大降低离子传输的内阻，有利于在能量捕获方面的应用，同时提供了一种构建具有离子选择性和盐差能捕获的纳流控器件的方法，也为构筑固态纳米通道膜提供一种新思路。

技术领域

本发明属于膜技术领域，具体涉及一种介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜、超组装制备方法及其应用。

背景技术

能源是当今世界共同面对的热点问题，随着石化能源的耗竭，人类亟待找到一种新型的、清洁的、可再生的能源。随着锂离子电池、太阳能、风能的不断被利用，能源问题得到了一定的缓解，但是还需要不断地探索新的能源来满足人们日益增长的能源需求。盐差能是指存在于不同浓度的电解质之间的吉布斯自由能，它广泛存在于江河湖海入海口，科学家估计如果能够有效地利用这种盐差能，将会产生2TW的电能，相当于2000个核反应器产生的能量。因此，很有必要开展新的技术用来捕获盐差能。反渗透技术，是指利用阴阳离子选择性膜来直接捕获存在于不同浓度电解质之间的吉布斯自由能，近年来得到了广泛的关注。纳流控反渗透体系，是指具有阴阳离子选择性的纳米通道膜所构成的纳流控器件，它具有纳米级别的通道大小，双电层的重叠赋予了这种设备非常好的离子选择性，在能源捕获领域具有非常好的应用前景。

研究表明，异质结膜在捕获盐差能方面具有优越的性能。许多材料被应用于构筑纳流控反渗透器件用来捕获盐差能。包括零维材料，比如金属有机框架(MOF)，来构筑异质结膜材料；一维材料，比如碳纤维，木质素纤维，碳纳米管等，既可以用来构建独立自支撑膜，也可以用来构建异质结膜材料；片层的二维材料，比如氧化石墨烯，高岭石膜，Mxenes等，在纳流控领域也发挥着重要作用；还有三维的聚合物，凝胶等材料在纳流控反渗透构筑中也得到了广泛的关注。但是，当前研究始终面临着一些问题，比如较厚的膜结构，不规则的孔道等都增加了离子传输的阻力，不利于能量的捕获。面对当前纳米通道膜材料领域存在的瓶颈，急需发展一种超薄具有规整纳米孔道的膜材料用来产生清洁能源。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜、超组装制备方法及其应用。

本发明提供了一种介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜，具有这样的特征，包括：作为基底的阳极氧化铝膜层及覆盖在阳极氧化铝膜层的一面上的介孔氧化硅层，其中，阳极氧化铝膜层具有在水中荷正电荷，介孔氧化硅层具有在水中荷负电荷的介孔通道。

在本发明提供的介孔氧化硅/阳极氧化铝异质结膜中，还可以具有这样的特征：其中，阳极氧化铝膜层的厚度为60μm～80μm，纳米通道的孔径为80nm～100nm，介孔氧化硅层的厚度为90nm～100nm，介孔通道的孔径为8nm～10nm。