CN112044284B - 一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 - Google Patents
一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112044284B CN112044284B CN201910492158.8A CN201910492158A CN112044284B CN 112044284 B CN112044284 B CN 112044284B CN 201910492158 A CN201910492158 A CN 201910492158A CN 112044284 B CN112044284 B CN 112044284B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- halloysite
- membrane material
- functional membrane
- ion channel
- modified
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N aluminum;trihydroxy(trihydroxysilyloxy)silane;hydrate Chemical compound O.[Al].[Al].O[Si](O)(O)O[Si](O)(O)O HPTYUNKZVDYXLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 162
- 229910052621 halloysite Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 106
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 102000004310 Ion Channels Human genes 0.000 title claims abstract description 64
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 62
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims abstract description 110
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 50
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims abstract description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical compound [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 27
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 claims abstract description 27
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 25
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 25
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 22
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 20
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 19
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 19
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 17
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 15
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 15
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 claims description 13
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 claims description 12
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 abstract description 4
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 5
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 4
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 4
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 3
- 239000002090 nanochannel Substances 0.000 description 3
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 3
- 241001460678 Napo <wasp> Species 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000806 elastomer Substances 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 229910003471 inorganic composite material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 238000004382 potting Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007723 transport mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D71/02—Inorganic material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
- B01D69/02—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor characterised by their properties
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/36—Silicates having base-exchange properties but not having molecular sieve properties
- C01B33/38—Layered base-exchange silicates, e.g. clays, micas or alkali metal silicates of kenyaite or magadiite type
- C01B33/40—Clays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2325/00—Details relating to properties of membranes
- B01D2325/14—Membrane materials having negatively charged functional groups
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)
Abstract
本文涉及纳米组装综合利用技术领域,尤其涉及一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用。所述的制备方法包括以下步骤:1)用六偏磷酸钠对埃洛石纳米管进行改性;2)将改性的埃洛石纳米管溶于水中;3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理;4)将超声处理后的改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中烘干,得到所述的埃洛石离子通道功能膜材料。本发明的功能膜材料由经过六偏磷酸钠改性后的埃洛石纳米管大规模定向后层层堆叠而成,形成丰富的沿同一方向延伸的离子通道,管内径和管与管之间形成纳米尺度的通道,由于管内腔及外部通道中带有负电,允许阳离子通过,表现出强烈的表面电荷控制的离子输运行为。
Description
技术领域
本文涉及纳米组装综合利用技术领域,尤其涉及一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用。
背景技术
由于表面电荷的影响,特征尺寸通常小于100纳米的纳米流体通道具有独特的输运特性。表面电荷控制开始在纳米流体中起主导作用。特别是当通道尺寸接近德拜屏蔽长度时,通道的表面电荷可以显著改变纳米流体的离子行为。制备一维离子纳米通道的材料很多,包括有机材料、无机材料和复合材料。它们具有独特的优势,可控的几何形状,丰富的表面性能和稳定性。传统的组装纳米通道的方法,包括聚焦离子束、模具加工和化学气相沉积,以及离子通过这些纳米通道的输运机理已经得到了广泛的研究。为了实现纳米流体的实际应用,迫切需要大规模集成这类纳米流体器件,基于定向膜的一维纳米流体具有制备方便、通量高、易修饰、通道尺寸自然等独特的优点,可以组装成一维纳米流体。将一维纳米材料组装成具有特定几何形态或限制生长的团聚体可以实现特定的取向,这给一维纳米材料带来了一些新的全局协同效应。这一过程沿着取向增强了电化学、电学、光学和机电性能。Mas-Torrent等人报道了通过施加电压为2v、频率为102kHz的交流电(AC),使聚己基噻吩光纤定向排列。Chou等人报道了一种高通量光刻方法来生成70nm宽、200nm高的聚甲基丙烯酸甲酯条带。将预制PMMA薄膜加热到玻璃化转变温度以上,然后用槽形二氧化硅模具在约13mpa的最佳压力下进行压制。S.W.Lee等人利用磁场排列了氧化锌纳米线。利用磁控溅射技术在氧化锌纳米线的一端生长一个镍金属帽,使得并无磁性的氧化锌纳米线可以受外界磁场影响,从而对其进行排列。2004年宾西法尼亚大学的S.Evoy等人利用有限元方法对电场排列一维纳米材料方法中纳米线的受力情况进行了分析,对电场排列法有了进一步的认识。P.J.Pauzauskie等人将光学陷阱技术引入到氮化镓纳米线、氧化锡纳米线、氧化锌纳米线和硅纳米线等一维纳米材料的排列领域。由此可以看出,排列一维纳米材料大多需要特定的条件、技术以及昂贵的仪器,所需成本很高。
因此,亟需发现一种新的离子通道功能膜材料以及一种新的制备方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种埃洛石离子通道功能膜及其制备方法,该膜在PDMS中具有良好的稳定性,具有很好的离子选择性和强烈的表面电荷控制。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法,其中,所述的制备方法包括以下步骤:
1)用六偏磷酸钠对埃洛石纳米管进行改性,得到改性埃洛石纳米管;
2)将改性埃洛石纳米管溶于水中,得到改性埃洛石纳米管分散液;
3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理;
4)将超声处理后的改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中烘干,得到所述的埃洛石离子通道功能膜材料。
本发明中,首先对改性物质进行了选择,通过对比多巴胺和六偏磷酸钠,发现相对于其他改性物质,六偏磷酸钠改性黏土矿物的优点是分散度高,埃洛石纳米管之间不会发生团聚现象,原因是NaPO3在溶液中使得电介质浓度增大,经六偏磷酸钠改性后,埃洛石纳米管分散液具有良好的稳定性。而使用多巴胺改性埃洛石纳米管,所制备的埃洛石纳米管膜中管与管之间会发生团聚。因此,本发明最终确定用六偏磷酸钠对埃洛石纳米管进行改性。
本发明,先用六偏磷酸钠对埃洛石纳米管进行改性,六偏磷酸钠改性后的埃洛石纳米管大规模定向后层层堆叠而成,形成丰富的沿同一方向延伸的离子通道。然后将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中得到改性埃洛石纳米管分散液,再对其进行超声处理,最后将超声处理后的改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中,烘干,烘干后会在铝箔上沉积一层埃洛石纳米管膜,即所述的埃洛石通道功能膜材料。功能膜中埃洛石纳米管内径和管与管之间形成的通道均为纳米尺度,由于埃洛石纳米管内腔以及外部通道中带有负电,所述离子通道允许阳离子通过,本发明的功能膜表现出强烈的表面电荷控制的离子输运行为。
上述制备方法中,步骤3)中,所述超声的超声功率为60-80w,优选70w;超声频率为20-30KHz,优选25KHz;超声时间为20-40min,优选30min。
超声可以提高埃洛石纳米管在分散液中的分散性,避免在埃洛石离子通道功能膜材料在排列过程中团聚沉降、从而造成排列效果不佳。本申请考察了是否超声对所制得埃洛石离子通道功能膜材料的影响。结果表明,对比例2中由于未采用超声进行分散,影响了埃洛石纳米管在分散液中的分散性,在排列过程中易团聚沉降,造成排列效果不佳,如图2-c所示。
进一步的,步骤4)中,所述的烘干为在60-90℃、优选70-80℃,更优选80℃条件下烘干。
本申请中将超声处理后的改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中烘干时,烘干温度对制得的埃洛石离子通道功能膜材料有一定的影响。本申请考察了烘干温度对所制得的埃洛石离子通道功能膜材料的影响。结果表明,在60-90℃时虽然可以制得埃洛石离子通道功能膜材料,但会造成一定的序度差。温度较低时不能使溶液产生对流,造成纳米管无法均匀的运输到液面,造成排列有序度差。当温度较高时,分散液液面蒸发过快,蒸发时液面下降的速度就会高于埃洛石纳米管沉积的速度,同样造成有序度差。而在80℃时无序度差。因此本发明最优选80℃。
进一步的,步骤1)中,六偏磷酸钠和埃洛石纳米管的质量比为1:0.5-2,优选1:0.8-1,更优选1:1。
进一步的,步骤1)中,所述的改性为在室温下搅拌10-40h,优选20-30h,更优选24h进行改性。
具体地说,步骤1)为:分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3-4次,烘干,得到改性埃洛石纳米管。
上述制备方法中,步骤2)中,改性埃洛石纳米管溶液的浓度为5-25mg·mL-1,优选10-20mg·mL-1,更优选10mg·mL-1。
本发明中,所述的埃洛石纳米管为提纯后的埃洛石纳米管,其提纯方法为本领域常用的提纯方法。
本发明还提供一种上述制备方法制得的埃洛石离子通道功能膜材料。
本发明制得的埃洛石离子通道功能膜材料中埃洛石纳米管内径和管与管之间形成的通道均为纳米尺度,由于埃洛石纳米管内腔以及外部通道中带有负电,埃洛石纳米管的有序度高,向着同一方向排列,所述离子通道允许阳离子通过,从而使得本发明的功能膜表现出强烈的表面电荷控制的离子输运行为。
本发明还进一步提供一种检测上述制备方法制得的埃洛石离子通道功能膜材料的离子电流的方法,其中,所述的方法包括如下步骤:
1)将埃洛石离子通道功能膜材料浸入聚二甲基硅氧烷和固化剂中,将埃洛石离子通道功能膜材料封装在聚二甲基硅氧烷中;
2)在聚二甲基硅氧烷中设置两个可盛放溶液的空间,在该空间中放置氯化钠溶液,将埃洛石离子通道功能膜材料的两端暴露在氯化钠电解质溶液中;
3)将一对银/氯化银电极插入两个空间,通过电化学工作站测量离子电流。
本发明中,所述的固化剂为聚二甲基硅氧烷(PDMS)硅橡胶弹性体灌封胶,如道康宁84。
本发明的埃洛石离子通道功能膜材料的有序度高,向着同一方向排列;对功能膜进行PDMS封装操作简便,快速有效,所制备的膜具有离子传输性能,可进行电化学测试,并表现出强烈的表面电荷控制离子输运行为,方法有效可靠。
本发明中在聚二甲基硅氧烷中设置两个可盛放溶液的空间时,可采用打孔的方式,或其他方式。
采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
本发明考虑到实际应用的需要,离子通道的主要挑战是如何在宏观膜材料中结合单个通道。黏土纳米管的存在提供了一种可行的材料和方法。本发明与现有技术相比,操作方便,步骤简单,无需特别的仪器进行,埃洛石纳米管的有序度高,向着同一方向排列。所使用的埃洛石纳米管以及改性剂六偏磷酸钠具有无毒性,为环境友好型功能膜。同时,制备的功能膜面积较大,方法简单,所耗时间较少。对功能膜进行PDMS封装操作简便,快速有效,所制备的膜可进行电化学测试并表现出强烈的表面电荷控制离子输运行为,表明方法有效可靠。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明埃洛石离子通道功能膜材料的制备流程示意图;
图2-a是本发明埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图2-b是对比例1的埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图2-c是对比例2的埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图2-d是在U型槽中60℃烘干时得到的埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图2-e是在U型槽中70℃烘干时得到的埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图2-f是在U型槽中90℃烘干时得到的埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像;
图3-a是埃洛石离子通道功能膜材料在不同NaCl浓度下的电流与电压的关系图;
图3-b是埃洛石离子通道功能膜材料在不同NaCl浓度下的离子电导率。
需要说明的是,这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
(1)分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制10mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率70w,超声频率25KHz,超声时间30min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中80℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
对制得的埃洛石离子通道功能膜材料进行离子电流的测试:
(1)将埃洛石离子通道功能膜材料浸入聚二甲基硅氧烷(PDMS)和固化剂中;
(2)在PDMS中设置两个空间,比如打了两个孔,放置氯化钠溶液,将埃洛石纳米管带的两端暴露在氯化钠电解质溶液中;
(3)将一对银/氯化银电极插入两个空间,通过电化学工作站测量离子电流。
埃洛石离子通道功能膜材料制备及测试离子电流的流程示意图见图1。
图2-a为埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像,从图中可以看出,埃洛石离子通道功能膜材料形成大规模的定向状态,管内和管与管之间形成了大规模的、丰富的离子通道。
图3-a和图3-b为埃洛石离子通道功能膜材料在氯化钠溶液中的电化学测试图,钠离子是唯一的阳离子。从图3-a可以看出,不同NaCl浓度下,通过埃洛石纳米管膜的电流与电压呈线性关系。离子电导率随NaCl浓度的变化如图3-b所示。当电解质浓度降低到10-4M时,由于纳米管的电双层重叠,离子电导率收敛到饱和值,表明埃洛石纳米管膜具有较强的表面电荷控制离子输运行为。
实施例2
(1)分别取埃洛石纳米管2.4g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌20h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制20mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率80w,超声频率20KHz,超声时间20min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中60℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例3
(1)分别取埃洛石纳米管1.5g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌30h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制5mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率65w,超声频率30KHz,超声时间40min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中90℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例4
(1)分别取埃洛石纳米管6g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌28h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制25mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率75w,超声频率22KHz,超声时间25min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中70℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例5
(1)分别取埃洛石纳米管2.7g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌26h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制15mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率62w,超声频率28KHz,超声时间35min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中75℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例6
(1)分别取埃洛石纳米管4.5g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌10h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制20mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率68w,超声频率26KHz,超声时间22min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中78℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例7
(1)分别取埃洛石纳米管1.8g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌40h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制12mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率76w,超声频率22KHz,超声时间32min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中65℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
实施例8
(1)分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌25h进行改性,收集上清液,离心、洗涤4次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制18mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率72w,超声频率27KHz,超声时间35min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中85℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
对比例1、使用多巴胺改性埃洛石纳米管制得的埃洛石离子通道功能膜材料
(1)分别取埃洛石纳米管3g和多巴胺3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制10mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率60w,超声频率25KHz,超声时间30min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中80℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
图2-b为埃洛石离子通道功能膜材料的SEM图像,从图中可以看出,所制备的埃洛石纳米管膜中管与管之间会发生团聚。
对比例2、不采用超声处理制得的埃洛石离子通道功能膜材料
(1)分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制10mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中80℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
该对比例中,由于未采用超声进行分散,影响了埃洛石纳米管在分散液中的分散性,在排列过程中易团聚沉降,造成排列效果不佳,如图2-c所示。
对比例3、采用其它烘干温度制得的埃洛石离子通道功能膜材料
(1)分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3次,烘干待用;
(2)将改性埃洛石纳米管溶于去离子水中,配制10mg·mL-1的改性埃洛石纳米管分散液;
(3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理,超声功率70w,超声频率25KHz,超声时间30min;
(4)将超声处理后的分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中60℃、70℃、90℃条件下烘干,得到埃洛石离子通道功能膜材料。
采用其它温度进行烘干,温度较低时不能使溶液产生对流,造成纳米管无法均匀的运输到液面,造成排列有序度差。当温度较高时,分散液液面蒸发过快,蒸发时液面下降的速度就会高于埃洛石纳米管沉积的速度,同样造成有序度差。如图2-d、图2-e和图2-f所示。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本发明的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许变动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (17)
1.一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法,其特征在于,所述的制备方法包括以下步骤:
1)用六偏磷酸钠对埃洛石纳米管进行改性,得到改性埃洛石纳米管,六偏磷酸钠和埃洛石纳米管的质量比为1:0.5-2;
2)将改性埃洛石纳米管溶于水中,得到改性埃洛石纳米管分散液;
3)将改性埃洛石纳米管分散液进行超声处理;
4)将超声处理后的改性埃洛石纳米管分散液置于带有垂直放置的铝箔的U型槽中烘干,得到所述的埃洛石离子通道功能膜材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述超声的超声功率为60-80w,超声频率为20-30KHz,超声时间为20-40min。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述超声的超声功率为70w,超声频率为25KHz,超声时间为30min。
4.根据权利要求1-3任一所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述的烘干为在60-90℃条件下烘干。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述的烘干为在70-80℃条件下烘干。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述的烘干为在80℃条件下烘干。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,六偏磷酸钠和埃洛石纳米管的质量比为1:0.8-1。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,六偏磷酸钠和埃洛石纳米管的质量比为1:1。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的改性为在室温下搅拌10-40h进行改性。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的改性为在室温下搅拌20-30h进行改性。
11.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的改性为在室温下搅拌24h进行改性。
12.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,步骤1)为:分别取埃洛石纳米管3g和六偏磷酸钠3g加入200ml去离子水中,室温搅拌24h进行改性,收集上清液,离心、洗涤3-4次,烘干,得到改性埃洛石纳米管。
13.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,改性埃洛石纳米管溶液的浓度为5-25mg·mL-1。
14.根据权利要求13所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,改性埃洛石纳米管溶液的浓度为10-20mg·mL-1。
15.根据权利要求14所述的制备方法,其特征在于,步骤2)中,改性埃洛石纳米管溶液的浓度为10mg·mL-1。
16.一种权利要求1-15任意一项所述的制备方法制得的埃洛石离子通道功能膜材料。
17.一种检测权利要求16所述的埃洛石离子通道功能膜材料的离子电流的方法,其特征在于,所述的方法包括如下步骤:
1)将埃洛石离子通道功能膜材料浸入聚二甲基硅氧烷和固化剂中,将埃洛石离子通道功能膜材料封装在聚二甲基硅氧烷中;
2)在聚二甲基硅氧烷中设置两个可盛放溶液的空间,在该空间中放置氯化钠溶液,将埃洛石离子通道功能膜材料的两端暴露在氯化钠电解质溶液中;
3)将一对银/氯化银电极插入两个空间,通过电化学工作站测量离子电流。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910492158.8A CN112044284B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201910492158.8A CN112044284B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112044284A CN112044284A (zh) | 2020-12-08 |
CN112044284B true CN112044284B (zh) | 2021-07-23 |
Family
ID=73609316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201910492158.8A Expired - Fee Related CN112044284B (zh) | 2019-06-06 | 2019-06-06 | 一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112044284B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115417622A (zh) * | 2022-08-24 | 2022-12-02 | 佛山市荣冠玻璃建材有限公司 | 一种人造石板材及其制备方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103601203A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-26 | 浙江理工大学 | 一种埃洛石纳米管的提纯方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130052116A1 (en) * | 2009-04-24 | 2013-02-28 | Nathaniel A. Barney | Chitosan films with reduced shrinkage and laminates made therefrom |
-
2019
- 2019-06-06 CN CN201910492158.8A patent/CN112044284B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103601203A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-02-26 | 浙江理工大学 | 一种埃洛石纳米管的提纯方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
埃洛石纳米管/有机硅复合材料的制备与性能;邢维奇;《工程科技I辑》;20170228;第31页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112044284A (zh) | 2020-12-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Synthetic Asymmetric‐Shaped Nanodevices with Symmetric pH‐Gating Characteristics | |
Kuriakose et al. | Effects of swift heavy ion irradiation on structural, optical and photocatalytic properties of ZnO–CuO nanocomposites prepared by carbothermal evaporation method | |
Chen et al. | Rational ion transport management mediated through membrane structures | |
Niu et al. | Electrophoretic Build‐Up of Alternately Multilayered Films and Micropatterns Based on Graphene Sheets and Nanoparticles and their Applications in Flexible Supercapacitors | |
KR101219613B1 (ko) | 금속-탄소 하이브리드형 나노복합체 필름 및 그 제조 방법 | |
KR101073853B1 (ko) | 기재 상에 나노 구조체로 이루어진 망상 필름의 제조 방법 및 그에 따라 제조된 나노 구조체 망상 필름이 구비된 기재 | |
CN105489394A (zh) | 基于电磁场强化的等离子体化学气相沉积的石墨烯纳米墙制作方法 | |
WO2016060225A1 (ja) | カーボンナノチューブ複合膜及び該複合膜の製造方法 | |
CN112044284B (zh) | 一种埃洛石离子通道功能膜材料的制备方法及应用 | |
Ou et al. | Shuttle suppression by polymer-sealed graphene-coated polypropylene separator | |
Han et al. | Manufacturing robust MXene-based hydrogel-coated cotton fabric via electron-beam irradiation for efficient interfacial solar evaporation | |
CN103531482B (zh) | 石墨烯场效应管的制作方法 | |
Peng et al. | MXene surface functional groups regulation: enhancing area capacitance of divalent zinc ion micro-supercapacitor | |
CN1974667A (zh) | 多壁纳米碳管/聚苯胺导电复合材料的制备方法 | |
CN205335089U (zh) | 基于电磁场强化的等离子体化学气相沉积的石墨烯纳米墙 | |
Kaur et al. | Bidirectional superionic conduction in surface-engineered 2D hexagonal boron nitrides | |
Ali et al. | Highly electro‐responsive composite gel based on functionally tuned graphene filled polyvinyl chloride | |
Dong et al. | Geometric Tailoring of Macroscale Ti3C2T x MXene Lamellar Membrane for Logic Gate Circuits | |
CN113620284A (zh) | 复合薄膜制备方法、复合薄膜及应用 | |
KR101190219B1 (ko) | 바닥 접촉식 그래핀옥사이드를 이용한 환원그래핀옥사이드 전계효과 트랜지스터 제조방법 | |
CN104950031B (zh) | 基于导电聚合物纳米孔集成结构的纳米孔检测系统及其制备方法 | |
WO2019014633A1 (en) | MEMBRANES OF NANOTUBES OF BORON NITRIDE | |
CN109856821B (zh) | 基于柔性铋纳米柱/石墨烯的太赫兹波调制器及制备方法 | |
CN113318617B (zh) | 一种抗结晶疏水改性膜及其制备方法和应用 | |
Ali et al. | Computational analysis of the optical and charge transport properties of ultrasonic spray pyrolysis-grown zinc oxide/graphene hybrid structures |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210723 |