一种钾离子选择性薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了钾离子选择性薄膜及其制备方法。制备方法包括如下步骤：将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，停止搅拌并将溶液冷却至室温形成胶体溶液，并取一定量的胶体溶液滴加在多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜；将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入0.1～0.5M的KCl溶液中，室温下吸附10～24h后取出，用离子水冲洗，随后用氮气吹干。本发明专利技术利用氧化石墨烯薄膜作为离子传输通道及二甲基二甲氧基硅烷功能分子作为K

【技术实现步骤摘要】
一种钾离子选择性薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及选择性薄膜
，尤其涉及一种钾离子选择性薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]自从发现生物通道及其在生理过程中的重要性以来，人工仿生合成一系列的固态纳米通道以模拟生物孔道的传输特性等研究领域逐渐发展。例如，钾离子生物通道负责K
+
的跨膜传输这一生理过程，K
+
的选择性依赖于孔道中四组紧密间隔的K
+
结合位点，使其具有高的K
+
选择性传输。若它们的缺失或功能失调可能导致很严重的疾病，如高钾血症。因此，人工合成K
+
通道的发展为弥补功能缺陷提供了一种可能。对于K
+
通道的发展，人们目前仅合成了与钾离子生物通道尺寸大小相似的纳米孔，但K
+
的选择性不高且通量较低。因此，从仿生角度出发，寻求与钾离子生物通道尺寸相似且工作机理一致，并具有高通量、高选择性的薄膜制备方法是目前面临的重要问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种K
+
选择性高且通量较高的钾离子选择性薄膜及其制备方法。
[0004]本专利技术的一种钾离子选择性薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0005]S1：制备功能化氧化石墨烯薄膜
[0006]将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，停止搅拌并将溶液冷却至室温形成胶体溶液，并取一定量的胶体溶液滴加在多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜；
[0007]S2：制备负载K
+
功能化氧化石墨烯薄膜
[0008]将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入0.1～0.5M的KCl溶液中，室温下吸附10～24h后取出，并用离子水冲洗功能化氧化石墨烯薄膜表面多余的离子溶液，随后用氮气吹干，制备成负载K
+
功能化氧化石墨烯薄膜，即钾离子选择性薄膜。
[0009]进一步的，步骤S1中，采用以下质量比的原料：氧化石墨烯:二甲基二甲氧基硅烷:去离子水＝7:250～350:2000。
[0010]进一步的，步骤S1中，加热温度为100～110℃，转速为350～500r/min；磁力搅拌反应5～7h。
[0011]进一步的，多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的孔径为30nm。
[0012]一种采用上述的制备方法制备的钾离子选择性薄膜。
[0013]本专利技术通过仿生钾离子生物通道结构特点，利用氧化石墨烯薄膜作为离子传输通道及二甲基二甲氧基硅烷功能分子作为K
+
的吸附位点，并结合溶液浸泡法将K
+
负载在功能化氧化石墨烯薄膜材料上，得到负载K
+
的功能化氧化石墨烯选择性薄膜，从而实现了对K
+
的选择性通过。
[0014]本专利技术从仿生钾离子生物通道出发，首次提出了利用K
+
负载薄膜的方式降低K
+
通过势垒，克服了人工K
+
通道选择性不高且通量低的问题，将K
+
/Na
+
选择比提高至46，通量提高一个数量级。
[0015]本专利技术技术操作简单，采用共混法制备功能化氧化石墨烯薄膜和溶液浸泡法制备钾离子选择性薄膜，合成方法简便，且性能较好。
[0016]本专利技术通过溶液浸泡法在功能化氧化石墨烯薄膜上负载K
+
的方式制备了钾离子选择性薄膜，该薄膜在吸附时间为10～24h和吸附K
+
浓度为0.1～0.5M条件下K
+
选择性通过效果最佳，而吸附时间过短或吸附溶液浓度过高，会抑制K
+
选择性通过薄膜。
附图说明
[0017]图1为实施例1、实施例2、实施例3和对比例1薄膜截面SEM图；
[0018]图2为实施例1、实施例2、实施例3和对比例1薄膜的XRD图；
[0019]图3为实施例1、实施例2、实施例3和对比例1薄膜在不同pH值下的Zeta电势图；
[0020]图4为实施例1在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图；
[0021]图5为实施例2在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图；
[0022]图6为实施例3在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图；
[0023]图7为对比例1在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图；
[0024]图8为对比例2在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图；
[0025]图9为对比例3在不同浓度下的离子跨膜电导和K
+
与Na
+
选择比图。
具体实施方式
[0026]以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0027]实施例1
[0028]实验步骤如下：
[0029]采用以下质量比的原料：氧化石墨烯:二甲基二甲氧基硅烷:去离子水＝7:250～350:2000；
[0030]将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，形成胶体溶液，加热温度为100～110℃，转速为350～500r/min；磁力搅拌反应5～7h后，停止搅拌并将溶液冷却至室温；
[0031]取10μL该冷却的胶体溶液滴加在面积为5
×
5mm多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)膜上，多孔基底PET的孔径为30nm，在室温下自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜。
[0032]将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入1mL 0.1M KCl溶液中，室温下吸附K
+
10h，将表面多余的离子溶液用去离子水冲洗1～3min，随后用氮气吹干，制备成负载K
+
功能化氧化石墨烯薄膜。
[0033]实施例2
[0034]实施操作同实施例1，区别在于，K
+
吸附的时间为15h。
[0035]实施例3
[0036]实施操作同实施例1，区别在于，K
+
吸附的时间为24h。
[0037]对比例1
[0038]实施操作同实施例1，区别在于，不吸附K
+
。
[0039]对比例2
[0040]实施操作同实施例1，区别在于，K
+
吸附的时间为1h。
[0041]对比例3
[0042]实施操作同实施例1，区别在于，离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钾离子选择性薄膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：制备功能化氧化石墨烯薄膜将氧化石墨烯粉末和二甲基二甲氧基硅烷液体加入去离子水中，加热搅拌至完全分散，停止搅拌并将溶液冷却至室温形成胶体溶液，并取一定量的胶体溶液滴加在多孔基底聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上，自然风干得到功能化氧化石墨烯薄膜；S2：制备负载K
+
功能化氧化石墨烯薄膜将干燥后的功能化氧化石墨烯薄膜放入0.1～0.5M的KCl溶液中，室温下吸附10～24h后取出，并用离子水冲洗功能化氧化石墨烯薄膜表面多余的离子溶液，随后用氮气吹干，制备成负载K
+
功能化氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：高鹏程，吴晓庆，陈雅捷，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：