[发明专利]基于界面超组装策略得到的PGA复合膜在离子筛分的应用

说明书

本发明公开了一种基于界面超组装策略得到的PGA复合膜在离子筛分的应用，采用超组装策略制备得到PU/GO/AAO异质结膜，之后将其夹在自制的两室半电导池中测试其离子筛分性能，PU层的修饰赋予了复合膜在水中具有非常好的稳定性，其在涉及水的应用中具有很大的潜力。二维层状膜材料具有埃及尺寸的纳米通道以及负的表面电荷，可以用于选择性的离子筛分。PU/GO/AAO异质结膜呈现出增强的水稳定性能，相比较于二价金属阳离子(比如Mg²⁺)其可以优先选择性的传输一价阳离子(比如K⁺，Na⁺)，表现出更高的钾离子或者钠离子电流，在离子筛分领域具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于离子筛分技术领域，具体涉及一种基于界面超组装策略得到的PGA复合膜在离子筛分的应用。

背景技术

目前，亚纳米尺寸纳流控器件在离子筛分领域具有重要的意义。离子筛分主要是通过空间位阻(纳米通道的尺寸)，静电排斥以及单价与多价金属离子与纳米通道之间的相互作用差别产生的。其中二维材料以及具有微孔结构的金属有机框架具有丰富的亚纳米尺寸的离子传输通道，在离子筛分领域具有重要的意义，在膜科学领域引起了广泛研究者的关注。虽然金属有机框架一般可以在有机溶剂中稳定存在，但是在水中很容易产生结构坍塌，所以在离子传输方面仍然存在着巨大的挑战。目前二维材料被广泛用于离子筛分，但是其在水中十分的不稳定，限制了其实际应用价值，而聚脲作为一种超强涂料，可以用于增强二维材料的机械性能，并且聚脲致密的膜结构可以进一步提高膜材料的离子筛分性能，然而基于聚脲修饰的功能化薄膜在离子筛分领域应用的研究还没有提出。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于界面超组装策略得到的PGA复合膜在离子筛分的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

基于界面超组装策略得到的PGA复合膜在离子筛分的应用，PGA复合膜作为离子筛分膜用于优先选择性传输一价阳离子，其中，所述PGA复合膜是基于界面超组装策略制备得到的聚脲/羧基化氧化石墨烯/氧化铝复合膜。

进一步地，通过界面超组装方法，层层组装，将羧基化氧化石墨烯(GO)组装到富含纳米通道的氧化铝(AAO)基底上，之后将PEI沉积到羧基化氧化石墨烯(GO)表面，经过界面聚合反应之后，在羧基化氧化石墨烯(GO)表面生长一层聚脲薄膜，最终得到PGA膜；

采用两室电导池，将PGA复合膜作为离子传输的隔膜，在两室电导池中放置不同价态的电解质溶液，以银氯化银作为测试电极，皮安计检测离子电流大小，根据电流大小判断复合膜的离子筛分性能。

进一步地，所述PGA复合膜通过以下方法制备得到：

(1)配制1mg/ml的羧基化氧化石墨烯的分散液；

(2)采用真空抽滤方法，在界面超组装的辅助的作用下将羧基化氧化石墨烯(GO)生长在氧化铝(AAO)基底上；

(3)将超组装制备得到的GO/AAO复合膜放在80℃的烘箱中，干燥2-3h；

(4)配置合成聚脲单体的水相氨基溶液以及油相异氰酸酯溶液；

(5)将80-100μL的PEI滴加到GO/AAO膜表面，之后将其放在60℃的烘箱中，待水分挥发至干；

(6)80-100μL的TDI溶液滴加到含有PEI聚合物链的GO/AAO表面，两相之间的氨基与异氰酸酯在60℃的烘箱中发生界面聚合反应，生成致密的聚脲薄膜，得到PGA复合膜。

进一步地，步骤(1)具体方法为，称取3-4mg的羧基化氧化石墨烯，将其分散到3-4ml的去离子水中，超声分散3-5h，羧基化氧化石墨烯的纳米片层尺寸大小为3-5μm。