本发明专利技术公开了基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，PMSA复合膜作为离子传输膜用于将盐梯度能转换为电能，PMSA复合膜是基于界面超组装策略制备得到的聚脲/介孔氧化硅/阳极氧化铝复合膜。首先采用超组装策略制备得到PU/MS/AAO异质结膜，之后将其夹在自制的两室半电导池中测试其盐梯度能转换性能。PU层的修饰赋予了复合膜在水中具有非常好的稳定性，导致其在涉及水的应用中具有很大的潜力。另外介孔氧化硅层含有丰富的纳米尺寸荷负电荷的纳米通道，与带正电荷的AAO纳米通道构成了非对称的异质结构，很大程度上降低盐梯度能转换过程的浓差极化现象。PMSA从人造淡海水的条件下捕获电能，在能量转换领域具有潜在的实际应用价值。潜在的实际应用价值。潜在的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用
[0001]本专利技术属于能量转换领域，具体涉及一种基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用。
技术介绍
[0002]目前，纳流控设备因其具有纳米尺寸荷电通道，因此在盐差能转换、生物传感、逻辑门控、离子筛分等领域具有广泛的应用价值。目前用来构筑纳米通道的材料包括零维纳米颗粒，比如PS球、MOF颗粒等、一维纳米纤维、纳米线、纳米管等材料、二维氧化石墨烯、Mxenes以及C3N4等二维片层材料。但上述材料构成的纳米通道结构都是由上述材料随意堆积得到的，存在无序度高，孔道结构杂乱，以及孔径尺寸分布不均一等问题。针对于上述问题，很有必要探索制备一种具有规整孔道结构以及孔道尺寸的膜材料。其中，介孔材料由于其具有2
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50nm的尺寸，规整的孔道结构以及高的比表面积被广泛用于构建纳流控设备应用于盐差能的捕获。但无机基纳米通道设备比如氧化硅，氧化铝其本身的骨架不可弯折性能导致其均呈现出较差的机械性能。针对于此问题，需要寻找一种高机械性能的涂层来改善介孔材料的机械性能。
技术实现思路
[0003]本专利技术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得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0005]基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，PMSA复合膜作为离子传输膜用于将盐梯度能转换为电能，其中，所述PMSA复合膜是基于界面超组装策略制备得到的聚脲/介孔氧化硅/阳极氧化铝复合膜。
[0006]进一步地，所述PMSA复合膜作为离子传输膜用于将淡水与海水之间的盐梯度能转换为电能，例如分别采取0.5M的NaCl以及0.01M的NaCl作为测试电解质溶液，分别模拟海水与淡水的溶液环境，PMSA复合膜具有非常好的阳离子选择性，可以选择性的传输阳离子，产生静电流，进而转换为电能。优选地，PMSA复合膜的PU侧面临海水。
[0007]进一步地，所述PMSA复合膜通过以下方法制备得到：
[0008](1)采用界面超组装方法在AAO基底上生长一层有序的介孔氧化硅薄膜；
[0009](2)配置合成聚脲单体的水油相溶液；
[0010](3)将PEI滴加到MS/AAO膜表面，将水分挥发至干；
[0011](4)将TDI溶液滴加到含有PEI聚合物链的MS/AAO表面，两相之间的氨基与异氰酸酯发生界面聚合反应，生成致密的聚脲薄膜，得到PMSA复合膜。
[0012]进一步地，步骤(1)具体包括以下步骤：
[0013](1
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1)采用聚甲基丙烯酸甲酯对AAO进行堵孔处理；
[0014](1
‑
2)将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂到AAO基底上；
[0015](1
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3)旋涂后的PMMA/AAO膜干燥，确保PMMA渗透到AAO孔内；
[0016](1
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4)配制介孔氧化硅的前驱体溶液，60℃下预聚合；
[0017](1
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5)配制F127模板剂溶液；
[0018](1
‑
6)将预聚合的介孔氧化硅滴加到F127模板剂溶液中，室温下搅拌，得到最终的介孔氧化硅前驱体溶液；
[0019](1
‑
7)将介孔氧化硅前驱体溶液旋涂到堵孔的AAO基底上；
[0020](1
‑
8)在40℃下蒸发诱导自组装24h，100℃下热聚合24h，得到最终的介孔氧化硅/氧化铝(MS/AAO)复合膜。
[0021]进一步地，步骤(1
‑
1)具体方法为：将2.3
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2.7g的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解到23ml
‑
27ml的丙酮溶液中，40
‑
45℃加热搅拌至溶解；
[0022]步骤(1
‑
2)旋涂转速为3000
‑
3500转，旋涂时间为30
‑
40秒；
[0023]步骤(1
‑
3)旋涂后的PMMA/AAO膜在通风橱中干燥两个小时，之后在200℃的烘箱中5
‑
6h；
[0024]步骤(1
‑
4)具体方法为：制备预聚合的介孔氧化硅寡聚物，将2
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2.2g的硅酸四乙酯加入到10
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12g的无水乙醇和1.0
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1.5g的去离子水和0.5
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0.6g的0.2M盐酸混合溶液中，60℃下预聚合1h；
[0025]步骤(1
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5)配制F127模板剂溶液具体方法为：将0.8
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1g的F127溶解到9
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12g的无水乙醇中，超声分散溶解至澄清；
[0026]步骤(1
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7)将200
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250μl的介孔氧化硅前驱体溶液旋涂到堵孔的AAO基底上，旋涂转速为3000
‑
3500转，旋涂时间为40
‑
60秒。
[0027]进一步地，步骤(2)配置合成聚脲单体的水油相溶液具体方法为：配置1.0
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1.8w/v％的聚乙烯亚胺(PEI)水溶液，将1.2
‑
2.16mg的50wt％的PEI溶液溶解于55
‑
65ml的去离子水中；之后配置0.3
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0.8w/v％的2,4
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二异氰酸甲苯酯(TDI)，称取约0.18
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0.48mg的TDI溶解于55
‑
65ml的正己烷中，将配置好的两种溶液放在60℃的烘箱中。
[0028]进一步地，步骤(3)中将200
‑
250μL的PEI滴加到MS/AAO膜表面，待其在60℃中将水分挥发至干；
[0029]步骤(4)中将160
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200μL的TDI溶液滴加到含有PEI聚合物链的MS/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，反应时间为1min。
[0030]进一步地，所述PMSA复合膜夹在两室半电导池中测试其盐梯度能转换性能，测试过程将人造淡海水溶液置于两室电导池中，之后用皮安计来检测不同电阻下的离子传输电流。
[0031]进一步地，将PMSA复合膜夹在两室电导池中，采用Ag/AgCl电极片连接整个电路，皮安计作为检测设备监测电流的大小，其中电阻箱连接到整个电路中，采用皮安计来检测不同电阻条件下，电流的大小，根据以下公式计算能量密度：
[0032][0033]其中，P为功率密度，I为渗透电流的绝对值，R为外加电阻大小，S为测试面积。
[0034]本专利技术采用聚脲作为介孔氧化硅的防水保护层，采用界面超组装以及界面聚合双策略制备了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，其特征在于，PMSA复合膜作为离子传输膜用于将盐梯度能转换为电能，其中，所述PMSA复合膜是基于界面超组装策略制备得到的聚脲/介孔氧化硅/阳极氧化铝复合膜。2.根据权利要求1所述的基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，其特征在于，所述PMSA复合膜作为离子传输膜用于将淡水与海水之间的盐梯度能转换为电能。3.根据权利要求1所述的基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，其特征在于，所述PMSA复合膜通过以下方法制备得到：(1)采用界面超组装方法在AAO基底上生长一层有序的介孔氧化硅薄膜；(2)配置合成聚脲单体的水油相溶液；(3)将PEI滴加到MS/AAO膜表面，将水分挥发至干；(4)将TDI溶液滴加到含有PEI聚合物链的MS/AAO表面，两相之间的氨基与异氰酸酯发生界面聚合反应，生成致密的聚脲薄膜，得到PMSA复合膜。4.根据权利要求3所述的基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，其特征在于，步骤(1)具体包括以下步骤：(1
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1)采用聚甲基丙烯酸甲酯对AAO进行堵孔处理；(1
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2)将聚甲基丙烯酸甲酯溶液旋涂到AAO基底上；(1
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3)旋涂后的PMMA/AAO膜干燥，确保PMMA渗透到AAO孔内；(1
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4)配制介孔氧化硅的前驱体溶液，60℃下预聚合；(1
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5)配制F127模板剂溶液；(1
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6)将预聚合的介孔氧化硅滴加到F127模板剂溶液中，室温下搅拌，得到最终的介孔氧化硅前驱体溶液；(1
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7)将介孔氧化硅前驱体溶液旋涂到堵孔的AAO基底上；(1
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8)在40℃下蒸发诱导自组装24h，100℃下热聚合24h，得到最终的介孔氧化硅/氧化铝(MS/AAO)复合膜。5.根据权利要求4所述的基于界面超组装得到的PMSA复合膜在盐梯度能转换中的应用，其特征在于，步骤(1
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1)具体方法为：将2.3
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2.7g的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解到23ml
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27ml的丙酮溶液中，40
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45℃加热搅拌至溶解；步骤(1
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2)旋涂转速为3000
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3500转，旋涂时间为30
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40秒；步骤(1
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3)旋涂后的PMMA/AAO膜在通风橱中干燥两个小时，...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔彪，周姗，谢磊，何彦君，曾洁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：
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