一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法及其检测方法技术

本发明专利技术涉及一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法及检测方法，包括如下步骤：利用真空过滤的方法，将活性物质的纳米分散液进行抽滤、干燥，即得到自组装形成的离子选择性渗透膜，在不同pH的水溶液中浸泡12h，以对该渗透膜进行性能调制；采用3D打印出盐度梯度能量收集装置，将处理过的离子选择性渗透膜固定，然后在装置两端放置电极和引线；最后将其置于具有盐度梯度的水系溶液中，引线外接数字源表，测量产生的电信号。本发明专利技术通过利用溶液的pH值对离子渗透膜进行结构调制和功能改善，并结合一种自主设计的能量收集装置，解决了现有的离子转运效率不高的问题，从而可以获得极高盐度梯度能量收集效率的一种方法及检测方法。梯度能量收集效率的一种方法及检测方法。梯度能量收集效率的一种方法及检测方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法及其检测方法


[0001]本专利技术涉及能源工程
，具体是一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法及其检测方法。

技术介绍

[0002]由于化石燃料燃烧造成的能源危机和环境污染，需要开发包括太阳能、风能和水能在内的可再生能源，这也加速了包括电池和超级电容在内的能源转换和存储技术的快速发展。虽然能量转换和储存技术在能量收集方面取得了很大的进展，但满足更高的能量要求仍然是一个挑战。
[0003]盐度梯度能量是另一种很有前途的可再生能源，它来源于海水和河水的吉布斯能量混合，每立方米可获得0.8千瓦时的能量。据估计，地球上河流和海水混合产生的总能量为1.4
‑
2.6TWh。可逆电渗析是直接从具有盐度梯度的溶液中获取渗透能的最常用技术，已取得了广泛的应用。离子选择膜作为可逆电渗析系统的关键组成部分，通过调节离子传输行为，对盐度梯度能量收集效率的调节起着决定性的作用。因此，开发具有高离子选择性和高渗透性的离子选择膜对盐度梯度能量的回收具有重要意义。
[0004]盐度梯度能量的有效收集对于离子渗透膜的设计和制备，以及收集装置的规格和质量有着比较高的要求。对于离子渗透膜来讲，它要对某一离子有特定的转运行为，并且在制备工艺上应简便易行。对于收集装置的规格和质量来讲，其规格应与离子渗透膜相适配，质量上应该经久耐用。另外，对于离子渗透膜来讲，如果能有一种有效的方法，对它的离子转运性能进行调节，最后所收集到的能量肯定更加客观。

技术实现思路

[0005]基于上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术通过利用溶液的pH值对离子渗透膜进行结构调制和功能改善，并结合一种自主设计的能量收集装置，解决了现有的离子转运效率不高的问题，从而可以获得极高盐度梯度能量收集效率的一种方法及检测方法。
[0006]本专利技术的技术解决措施如下：一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一：利用真空过滤的方法，将配置好的一定浓度的活性物质的纳米分散液使用真空过滤装置进行抽滤，其中所用的滤膜为Celgard薄膜，所使用的泵为水泵或者机械泵，等待水完全滤去后，取下Celgard薄膜，并将其在真空60℃下进行干燥6个小时,待完全干燥后，自组装膜即与Celgard膜分离，即得到自组装膜，所述自组装膜为离子选择性渗透膜；
[0008]步骤二：将自组装形成的离子选择性渗透膜在不同pH的水溶液中浸泡12h，以对该渗透膜进行性能调制,其中离子选择性渗透膜的厚度通过加入不同体积的分散液进行控制，pH值通过加入相应的酸碱进行调节；
[0009]步骤三：采用3D打印出盐度梯度能量收集装置，该装置所用材料为有机塑料，装置
由镜面对称的两部分组成，主要包括水箱，电极固定架。所述盐度梯度能量收集装置将步骤二中处理过的离子选择性渗透膜固定，并用弹簧夹固定，然后在离子选择性渗透膜两侧分别放置电极，并在电极上端均连接引线；
[0010]步骤四：向步骤三中的收集装置的两侧加入不同盐度梯度的水系溶液，所述装置两侧的引线通过外接数字源表进行电性连接，所述数字源表用于测量该收集装置产生的电信号。
[0011]优选地，所述步骤一中的活性物质包括但不限于石墨烯、Mo2TiC2T
x
、Ti3C2T
x
、BN和MoS2中的一种，所述由活性物质组成的自组装膜为分散液中的活性物质的纳米片层堆积而成，所述自组装膜的纳米片的尺寸大小在微米级别，表面呈负电性。
[0012]优选地，所述步骤二中不同PH的水溶液分别为PH为5的水溶液、PH为7的水溶液和PH为9的水溶液，分别使用不同量的酸碱配制而成，用于调节pH值的酸中的阴离子与所用盐的阴离子相同，所用碱的阳离子与所用盐的阳离子相同。
[0013]优选地，所述盐度梯度能量收集装置由自己设计，使用绘图软件建模，经3D打印而得，材质为有机塑料，所述盐度梯度能量收集装置由两个水箱及固定架组成，两水箱中间正对的一侧开有小孔，孔径为12.56mm2。
[0014]优选地，所述步骤四中具有盐度梯度的水系盐溶液，包括但不限于氯化钠和氯化钾盐溶液中的一种。
[0015]优选地，所述电极为Ag/AgCl参比电极，所述引线包括但不仅限于铜引线。
[0016]优选地，所述步骤四中的电信号或电能收集装置包括但不仅限于数字源表。
[0017]优选地，一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]步骤一：打开数字源表，预热5min。
[0019]步骤二：将装置两侧引出的引线分别接在数字源表的正负极，并设置电压线性扫描模式进行线性扫描进行电信号收集。
[0020]步骤三：对所得曲线分别取x和y轴的截距，得到电压和电流的大小，然后通过计算得到实际的输出功率。
[0021]优选地，一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的检测方法，将所述步骤二中的离子渗透膜线性扫描16次，每8h记录一次数据；然后将离子渗透膜进行干燥，最后再次润湿12h，再进行扫描16次，每8h记录一次数据。
[0022]相对于现有技术而言，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的利用自组装形成的离子选择性渗透膜收集盐度梯度能量的方法，可以方便地对目标渗透膜的离子选择行为进行调制，具有高效可控的特点。
[0023]2、本专利技术提供的利用自组装形成的离子选择性渗透膜收集盐度梯度能量的方法，包含一种用于收集盐度梯度能量的装置，可以方便地对盐度梯度能量进行收集。
[0024]3、本专利技术提供的利用自组装形成的离子选择性渗透膜收集盐度梯度能量的方法，其中所用的薄膜可以多次反复利用，并且具有很好的再生功能。
[0025]4、本专利技术提供的利用自组装形成的离子选择性渗透膜收集盐度梯度能量的方法，组装成的单个器件可以直接测量到明显的电信号。
附图说明
[0026]图1是用于收集盐度梯度能量的装置示意图。
[0027]图2是用于收集盐度梯度能量的薄膜的制备过程示意图。
[0028]图3是盐度梯度溶液中，离子横跨膜转运方式示意图。
[0029]图4是利用不同pH溶液对离子渗透膜的能量收集性能调节后，输出电压和电流的变化实例。
[0030]图5是离子渗透膜在多次且连续运行120h过程中的输出功率实例。
[0031]图6是离子渗透膜经受一次再生(干燥又润湿)之后，多次且连续运行120h过程中的输出功率实例。
[0032]附图中，各标号所代表的部件名称如下：1
‑
水箱；2
‑
小孔(中间隔有自组装膜)；3
‑
数字源表(或收集电能的其他装置)；4
‑
电极；5
‑
引线。
具体实施方式
[0033]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：利用真空过滤的方法，将配置好的一定浓度的活性物质的纳米分散液使用真空过滤装置进行抽滤，其中所用的滤膜为Celgard薄膜，所使用的泵为水泵或者机械泵，等待水完全滤去后，取下Celgard薄膜，并将其在真空60℃下进行干燥6个小时,待完全干燥后，自组装膜即与Celgard膜分离，即得到自组装膜，所述自组装膜为离子选择性渗透膜；步骤二：将自组装形成的离子选择性渗透膜在不同pH的水溶液中浸泡12h，以对该渗透膜进行性能调制,其中离子选择性渗透膜的厚度通过加入不同体积的分散液进行控制，pH值通过加入相应的酸碱进行调节；步骤三：采用3D打印出盐度梯度能量收集装置，该装置所用材料为有机塑料，装置由镜面对称的两部分组成，主要包括水箱，电极固定架。所述盐度梯度能量收集装置将步骤二中处理过的离子选择性渗透膜固定，并用弹簧夹固定，然后在离子选择性渗透膜两侧分别放置电极，并在电极上端均连接引线；步骤四：向步骤三中的收集装置的两侧加入不同盐度梯度的水系溶液，所述装置两侧的引线通过外接数字源表进行电性连接，所述数字源表用于测量该收集装置产生的电信号。2.根据权利要求1所述的一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法，其特征在于：所述步骤一中的活性物质包括但不限于石墨烯、Mo2TiC2T
x
、Ti3C2T
x
、BN、CrN、V2C和MoS2中的一种，所述由活性物质组成的自组装膜为分散液中的活性物质的纳米片层堆积而成，所述自组装膜的纳米片的尺寸大小在微米级别，表面呈负电性。3.根据权利要求1所述的一种利用自组装膜收集盐度梯度能量的方法，其特征在于：所述步骤二中不同PH的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖旭，常立博，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：