一种手性CMS/AAO异质结膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种手性CMS/AAO异质结膜及其制备方法，手性CMS/AAO异质结膜，包括阳极氧化铝膜和覆盖在阳极氧化铝膜上的手性介孔氧化硅层；所述的阳极氧化铝膜在水中荷正电荷；所述的手性介孔氧化硅层在水中荷负电荷，制备方法包括：将手性介孔氧化硅溶液加到阳极氧化铝膜上，通过抽滤方式除去溶剂后干燥，得到所述的手性CMS/AAO异质结膜。与现有技术相比，本发明专利技术异质结膜具有高的机械稳定性，规整有序的孔道结构，可调节的膜厚，大大降低了离子传输的内阻，有利于异质结膜在能量转换方面的应用。有利于异质结膜在能量转换方面的应用。有利于异质结膜在能量转换方面的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种手性CMS/AAO异质结膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及膜科学
，具体涉及一种手性CMS/AAO异质结膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]膜科学是近年来被广泛研究的学科，其应用于人类生活的诸多方面。近年来，基于膜科学的纳流控器件和固态纳米通道更是得到了研究者广泛的关注。其中以反渗透技术为支撑的离子选择性膜对于新能源的捕获具有重要的意义。研究表明，异质结膜在捕获渗透能方面具有优越的性能。但是，当前研究始终面临着一些问题，比如不规则的孔道结构、孔径不可控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，急需发展一种具有规整纳米孔道且厚度可调节的膜材料用来捕获清洁能源。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种手性CMS/AAO异质结膜及其制备方法，具有规整有序的孔道结构，可调节膜厚。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种手性CMS/AAO异质结膜，其特征在于，包括阳极氧化铝膜(AAO)和覆盖在阳极氧化铝膜上的手性介孔氧化硅层(CMS)；
[0005]所述的阳极氧化铝膜在水中荷正电荷；
[0006]所述的手性介孔氧化硅层在水中荷负电荷。
[0007]优选地，所述的手性CMS/AAO异质结膜的制备方法包括：将手性介孔氧化硅溶液加到阳极氧化铝膜上，通过抽滤方式除去溶剂后干燥，得到所述的手性CMS/AAO异质结膜。
[0008]本专利技术利用超组装方法在AAO表面抽滤一层厚度可调节，孔道有序的手性介孔薄膜作为离子选择层，通过不同分散量的纳米材料可以得到具有不同介孔氧化硅层厚度的异质结膜。优选地，所述的异质结膜包括厚度为60μm，平均孔径大小为80nm的一维阳极氧化铝纳米通道和约55μm厚的孔径可调节的介孔氧化硅膜。所述的阳极氧化铝膜的直径优选为15mm。本专利技术这种具有非对称结构的异质膜在渗透能捕获以及药物筛分等方面均具有可观的应用前景。
[0009]进一步优选地，所述的手性介孔二氧化硅以叶酸为模板剂，采用水热法制备得到。
[0010]更进一步优选地，所述的手性介孔二氧化硅的制备方法为：将叶酸、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和正硅酸四乙酯(TEOS)的混合溶液在水热反应釜中进行水热反应，焙烧后得到所述的手性介孔二氧化硅。
[0011]在本专利技术中，通过水热方法制备手性结构纳米材料，使材料结构可控，且稳定性增强。
[0012]在本专利技术中，采用APTES作为共结构导向剂，在弱碱性条件下能够控制TEOS水解交联速率，从而构成有序孔道介孔氧化硅框架。
[0013]优选地，所述的手性介孔二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：
[0014](1)将叶酸分散在去离子水中，搅拌得到叶酸水溶液；
[0015](2)在搅拌条件下将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷加入叶酸水溶液中；
[0016](3)继续搅拌并滴加正硅酸四乙酯，得到混合溶液；
[0017](4)将混合溶液移入水热反应釜，进行水热反应；
[0018](5)水热反应结束后抽滤、烘干得到带有模版的手性材料；
[0019](6)将带有模版的手性材料加入浓盐酸与无水乙醇的混合溶液中加热后抽滤、烘干得到去除模版的氨基修饰内表面的手性介孔材料；
[0020](7)将上一步产物焙烧得到所述的手性介孔二氧化硅。
[0021]进一步优选地，步骤(4)所述的水热反应温度为80～120℃，水热反应时间为22～26h；
[0022]步骤(7)所述的焙烧温度为500～600℃，焙烧时间为5～7h。优选地，所述的焙烧在空气中进行，焙烧温度为550℃，时间为6h，可以充分除去模板剂和共结构导向剂。
[0023]进一步优选地，步骤(6)所述的浓盐酸与无水乙醇的混合溶液中，浓盐酸为37％浓盐酸，浓盐酸与无水乙醇的体积比为3:7。
[0024]在本专利技术中，利用酸洗的方式去除手性模板。酸的浓度非常关键，浓度过低无法完全断开模板与共结构导向剂的化学连接键，浓度过高会破坏材料的结构，经焙烧之后无法形成有序孔道结构。焙烧过程是产生规整有序孔道的关键，随着焙烧温度升高，模板剂被彻底去除，氧化硅逐渐形成规整的介孔通道。
[0025]优选地，每0.1g样品加入10ml浓盐酸乙醇混合溶液。
[0026]优选地，所述的叶酸和3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷的质量体积比为：(0.2
‑
0.4)g:(0.90
‑
1.00)ml。
[0027]在本专利技术中，APTES浓度的选择十分关键，过高的浓度会导致整体溶液pH过高，抑制硅源剂水解致使纳米材料无法完成自组装过程，而过低的浓度则会导致整体溶液pH过低，APTES无法完全包裹住模板剂，从而使自组装过程无法继续进行下去。
[0028]优选地，所述的叶酸与正硅酸四乙酯的质量摩尔比为：(0.2
‑
0.4)g:(0.79
‑
1.12)mol。
[0029]在本专利技术中，可通过调节正硅酸四乙酯添加量得到不同形貌手性介孔氧化硅纳米材料。
[0030]优选地，所述的手性介孔氧化硅溶液的制备方法为：将手性介孔氧化硅超声分散在无水乙醇与去离子水的混合溶液中。
[0031]本专利技术通过界面超组装策略在AAO基底上抽滤生长一层手性孔道氧化硅薄膜。该异质结膜具有非对称的化学组成、非对称的通道结构、非对称的表面电荷分布，使得其在清洁能源领域具有可观的应用前景，同时对于纳流控反渗透体系的构建提供了借鉴意义。
[0032]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0033]1.本专利技术异质结膜具有非对称的化学组成，非对称的通道结构和非对称的通道表面电荷分布，此外，离子选择层(手性介孔氧化硅层)的薄膜同时具备非对称手性孔道结构，这些非对称元素赋予异质结膜在清洁能源以及医药领域同时具备可观的应用前景；
[0034]2.本专利技术公开了一种基于界面超组装策略的手性介孔氧化硅/阳极氧化铝(CMS/AAO)异质结膜的制备方法，CMS/AAO异质结膜，是以AAO为基底，借助抽滤的方法，通过界面超组装构筑策略在AAO基底上生长一层孔道规整有序、厚度可调节的介孔氧化硅膜，CMS/
AAO异质结膜由带负电荷的介孔通道和带正电荷的氧化铝大孔通道组成，能够为离子、分子、以及手性异构体的传输提供丰富的通道，不仅为膜科学的发展提供了一种可靠的技术支持，也为纳流控膜器件在盐差能转换上提供了一种新的材料；
[0035]3.本专利技术首先利用水热合成法制备手性介孔纳米材料，经过煅烧除去叶酸模板剂后，便可以得到孔道有序的手性介孔材料，之后采用抽滤的方式，在AAO基底上生长一层厚度可调节的介孔氧化硅薄膜，便可以得到最终的纳流控器件
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CMS/AAO异质结构薄膜，能够为离子传输提供丰富的通道；
[0036]4.本专利技术提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手性CMS/AAO异质结膜，其特征在于，包括阳极氧化铝膜和覆盖在阳极氧化铝膜上的手性介孔氧化硅层；所述的阳极氧化铝膜在水中荷正电荷；所述的手性介孔氧化硅层在水中荷负电荷。2.一种如权利要求1所述的手性CMS/AAO异质结膜的制备方法，其特征在于，将手性介孔氧化硅溶液加到阳极氧化铝膜上，通过抽滤方式除去溶剂后干燥，得到所述的手性CMS/AAO异质结膜。3.根据权利要求2所述的手性CMS/AAO异质结膜的制备方法，其特征在于，所述的手性介孔二氧化硅以叶酸为模板剂，采用水热法制备得到。4.根据权利要求3所述的手性CMS/AAO异质结膜的制备方法，其特征在于，所述的手性介孔二氧化硅的制备方法为：将叶酸、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷和正硅酸四乙酯的混合溶液在水热反应釜中进行水热反应，焙烧后得到所述的手性介孔二氧化硅。5.根据权利要求4所述的手性CMS/AAO异质结膜的制备方法，其特征在于，所述的手性介孔二氧化硅的制备方法具体包括以下步骤：(1)将叶酸分散在去离子水中，搅拌得到叶酸水溶液；(2)在搅拌条件下将3
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氨丙基三乙氧基硅烷加入叶酸水溶液中；(3)继续搅拌并滴加正硅酸四乙酯，得到混合溶液；(4)将混合溶液移入水热反应釜，进行水热反应；(5)水热反应结束后抽滤、烘干得到带有模版的手性材料；(6)将带有模版的手性材料加入浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔彪，黄亚楠，何彦君，曾洁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：