CN116068038A - 一种用于评估go/anf/go复合膜的离子筛分能力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，包括如下步骤：步骤1，制备GO/ANF/GO复合膜；步骤2，将GO/ANF/GO复合膜夹在自制的双电导池之间，而后在双电导池中加入第一浓度的不同价态的金属氯盐电解质溶液，接着测试电导池中电解质溶液的电流信号，得到电流信号的具体数值；步骤3，根据电流信号的具体数值的大小来评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能，其中，步骤3中，当单价与二价金属离子的电流信号比值越大，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越强，当单价与二价金属离子的电流信号比值越小，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越差。本发明的方法简单实用，更加方便省时，更加高效。
Description
技术领域
本发明属于离子传输领域，具体涉及一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法。
背景技术
目前淡水资源是一种紧缺的资源，淡水资源在全世界都是非常紧张的。因此发展高性能的纳滤膜是十分重要的。目前针对于离子筛分膜材料的制备设计以及离子筛分性能表征的方法也亟待解决。当前普遍存在的纳滤膜，不仅仅是面临着筛分性能差的问题，最重要的是膜材料本身的稳定性问题。近年来，构建新型的、具有高机械性能以及导电能力的膜仍然具有很大的挑战，尤其是制备具有纳米尺寸通道的纳流控膜材料用于离子传输，更是困难。而研究比较多的则是二维材料，比如氧化石墨烯，Mxenes材料，碳三氮四膜等。本发明首先是借助一种具有高机械稳定性以及水稳定性的二维氧化石墨烯/芳纶纤维/氧化石墨烯复合膜(GO/ANF/GO)来研究膜的离子筛分性能。芳纶纤维的引入不仅仅是简单的增加了膜的机械性能以及水稳定性，另外最重要的是，芳纶纤维上的羧基官能团可以增加镁离子传输的势垒，这在性能上可以提高膜材料的离子筛分性能。
目前，离子筛分性能测试设备以及方法都比较繁琐，探索简单的测试设备以及测试方法仍然是很困难的。传统的离子筛分测试方法就是在压力存在的条件下，测试不同电解质溶液通过一定膜的离子传输通量，根据离子传输通量的差异来计算膜的筛分性能。但是，施加压力以及测试通量的过程都比较繁琐。另外就是测试装备比较大，这对于膜材料的制备方面也是一个很大的挑战。而几年来关于电化学方法来研究纳米通道膜的离子传输性能测试方法也得到了广泛的研究。
另外，离子筛分领域在近年来吸引了广大关注者的目光，但是来评估膜材料的离子筛分主要是采用在压力存在的条件下，来计算各个离子传输通过膜的传输通量，进而来计算膜的离子筛分能力。但是，这种方法不仅笨重，还特别的耗时。
基于以上背景，考虑到GO/ANF/GO复合膜具有非常优越的机械性能以及在水中长期的稳定性，所以可以考虑采用此高机械性能的GO/ANF/GO复合膜来测试离子筛分性能。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法。
本发明提供了一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，制备GO/ANF/GO复合膜；步骤2，将所述GO/ANF/GO复合膜夹在自制的双电导池之间，而后在双电导池中加入第一浓度的电解质溶液，接着测试电导池中电解质溶液的电流信号，得到所述电流信号的具体数值；步骤3，根据电流信号的具体数值的大小和公式来评估所述GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能，其中，所述步骤3中，公式为：离子选择性＝2*钾离子电流/镁离子电流，当将具体电压下对应的电流数值代入上述公式中，离子选择性数值越高，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越好，离子选择性数值越低，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越差。
在本发明提供的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1中，采用3-5μm的氧化石墨烯纳米片来制备GO/ANF/GO复合膜。
在本发明提供的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，第一浓度为0.1M。
在本发明提供的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中的电解液为KCl、NaCl、LiCl、MgCl2以及CaCl2中的一种或多种的组合。
在本发明提供的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中，采用皮安计来测试电流信号。
发明的作用与效果
本发明的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法采用自制的双电导池来夹高性能的GO/ANF/GO复合膜，同时，由于在这里电导池的体积比较小，所以，可以减小制备膜的压力。另外，通过在双电导池内放置不同的电解液，测试不同电解液的电信号，并且由于测试电解质选用具有相同阴离子的电解质，所以，电流信号的不同完全是由于阳离子传输不同所导致的。因此，通过电信号的大小可以来评估膜针对于阳离子筛分性能。
进一步地，本发明将GO/ANF/GO复合膜作为评估离子筛分能力的膜材料，是因为GO/ANF/GO复合膜具有优越的机械性能以及非常好的水稳定性。
更进一步地，本发明采取自制的双电导池来夹复合膜，能够保持GO/ANF/GO复合膜的稳定性，从而可以完成整个测试过程。
因此，相比较于传统的方法，本发明通过电化学方法来评估复合膜的离子筛分能力，简单实用，更加方便省时，更加高效。
附图说明
图1是本发明的实施例中用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法的装置示意图；
图2是本发明的实施例中GO/ANF/GO复合膜的示意图；
图3是本发明的实施例中通过电化学方法测试的GO/ANF/GO复合膜的离子传输性能图；
图4是本发明的实施例中通过电化学方法测试的GO膜以及GO/ANF/GO复合膜的离子传输性能图；
图5是本发明的实施例中GO膜以及GO/ANF/GO膜的I-V性能图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法的装置示意图，图2是本发明的实施例中GO/ANF/GO复合膜的示意图。
本发明提供了一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，采用如图1所示的装置，具体包括如下步骤：
步骤1，制备GO/ANF/GO复合膜，如图2所示。
本实施例中，采用3-5μm的氧化石墨烯纳米片来制备GO/ANF/GO复合膜。
步骤2，将GO/ANF/GO复合膜夹在自制的双电导池之间，而后在双电导池中加入第一浓度的电解质溶液，接着测试电导池中电解质溶液的电流信号，得到电流信号的具体数值。
本实施例中，第一浓度为0.1M，电解液为不同价态的金属氯盐，如KCl、NaCl、LiCl、MgCl2以及CaCl2中的一种或多种的组合，采用皮安计来测试电流信号。
步骤3，根据电流信号的具体数值的大小和公式来评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能。
本实施例中，上述公式为：离子选择性＝2*钾离子电导/镁离子电导，当将具体的电导数值代入上述公式中，离子选择性数值越高，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越好，离子选择性数值越低，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越差，具体地：当单价与二价金属离子的电流信号比值越大，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越强，当单价与二价金属离子的电流信号比值越小，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越差。本发明的方法简单实用，更加方便省时，更加高效。
本实施例采用自制的双电导池，中间制备得到的GO/ANF/GO复合膜作为隔膜，离子通过GO/ANF/GO复合膜，产生离子电流。其中，银氯化银电极来传导电流信号，另外地，皮安计用来检测记录离子电流信号的大小，通过电流信号大小进一步评估复合膜离子筛分性能，如图1所示。
图3是本发明的实施例中通过电化学方法测试的GO/ANF/GO复合膜的离子传输性能图。
评估GO/ANF/GO复合膜离子传输稳定性：在GO/ANF/GO复合膜的两侧放置不同pH的0.1M的氯化钾溶液，采用皮安计来检测离子电流的大小。经过不同时间扫描电流，以及不断交换电压的方向可以看到GO/ANF/GO复合膜无论在任何pH下都可以维持长久的稳定性，这说明GO/ANF/GO复合膜有很大的潜力应用于离子筛等水相关的应用中。当pH为中性的时候，如pH＝7.41时，电流大小为5.16微安，当pH降低为3.79的时候，由于表面电荷降低，电流降低至5.17微安，当pH进一步降低到1.97的时候，电流反而稍微增到至6.50微安，这是由于质子的传输增大了电流。在碱性条件下，随着pH值的增加，电流值逐渐由5.16微安增加到6.23微安，这是由于表面电荷密度增大的原因。
图4是本发明的实施例中通过电化学方法测试的GO膜以及GO/ANF/GO复合膜的离子传输性能图。
评估GO膜以及GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能图的离子筛分性能：
采用电化学方法来分别评估单纯的GO膜以及GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能图。选择性比例是通过各个离子在-0.2V下的电流比较获得的，比如：K+/Mg2+＝2*IK+/IMg2+。通过图4可以发现，与单纯的氧化石墨烯膜相比较，GO/ANF/GO复合膜的离子选择性比其更好。这说明，ANF纳米纤维的引入不仅增加了复合膜的机械稳定性，还能够很大程度上增加膜的离子筛分性能。比如相比较于单纯的氧化石墨烯，其K/Mg离子选择比例只有2.14，但是插入了ANF之后，选择性增加到了3.05。不仅仅是K/Mg选择性，其他的离子选择性也得到了很大的提升。
图5是本发明的实施例中GO膜以及GO/ANF/GO膜的I-V性能图，其中，图5(a)是GO膜的I-V性能图，图5(b)是GO/ANF/GO膜的I-V性能图。
本实施例中，采用皮安计的I-V测试模式来监测GO/ANF/GO复合膜在不同电解质溶液下的I-V曲线图。电解质溶液主要是包括0.1M的氯化钾，氯化钠，氯化锂，氯化镁，氯化钙。几种电解质溶液具有相同的阴离子，因此主要的电流差别都是由于不同的阳离子所导致的。从图5(a)和图5(b)可以看到针对于单纯的GO膜，其具有相对一致的I-V(氯化钾以及氯化镁)，而对于GO/ANF/GO复合膜，可以看到，一价的氯化钾具有更高的离子电流，且远高于其他离子产生的电流。这说明GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力要远远地高于单纯的GO膜。
实施例的作用与效果
本实施例的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法采用自制的双电导池来夹高性能的GO/ANF/GO复合膜，同时，由于在这里电导池的体积比较小，所以，可以减小制备膜的压力。另外，通过在双电导池内放置不同的电解液，测试不同电解液的电信号，并且由于测试电解质选用具有相同阴离子的电解质，所以，电流信号的不同完全是由于阳离子传输不同所导致的。因此，通过电信号的大小可以来评估膜针对于阳离子筛分性能。
进一步地，本实施例将GO/ANF/GO复合膜作为评估离子筛分能力的膜材料，是因为GO/ANF/GO复合膜具有优越的机械性能以及非常好的水稳定性。
更进一步地，本实施例采取自制的双电导池来夹复合膜，能够保持GO/ANF/GO复合膜的稳定性，从而可以完成整个测试过程。
因此，相比较于传统的方法，本实施例通过电化学方法来评估复合膜的离子筛分能力，简单实用，更加方便省时，更加高效。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，制备GO/ANF/GO复合膜；
步骤2，将所述GO/ANF/GO复合膜夹在自制的双电导池之间，而后在双电导池中加入第一浓度的电解质溶液，接着测试电导池中电解质溶液的电流信号，得到所述电流信号的具体数值；
步骤3，根据电流信号的具体数值的大小和公式来评估所述GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能，
其中，所述步骤3中，公式为：离子选择性＝2*钾离子电流/镁离子电流，
当将具体电压下对应的电流数值代入上述公式中，离子选择性数值越高，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越好，离子选择性数值越低，GO/ANF/GO复合膜的离子筛分性能越差。
2.根据权利要求1所述的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，其特征在于：
其中，所述步骤1中，采用3-5μm的氧化石墨烯纳米片来制备GO/ANF/GO复合膜。
3.根据权利要求1所述的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中，第一浓度为0.1M。
4.根据权利要求1所述的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中的电解液为KCl、NaCl、LiCl、MgCl2以及CaCl2中的一种或多种的组合。
5.根据权利要求1所述的用于评估GO/ANF/GO复合膜的离子筛分能力的方法，其特征在于：
其中，所述步骤2中，采用皮安计来测试电流信号。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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