【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及氢氘分离复合膜，具体涉及一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、石墨烯是一种由碳原子构成的二维材料，具有许多独特的物理和化学性能，研究人员近年来发现石墨烯在分离氢同位素方面具有巨大的潜力。氢同位素是指具有相同原子序数但质量数不同的氢原子，其中自然界中的氢以氕(1h)、氘(2h)、氚(3h)三种同位素的形式存在。具体地，石墨烯膜可通过电化学泵的方式进行氢氘分离。
2、目前，用于氢氘分离的nafion/石墨烯复合膜的常规制备方法是采用热压法，该方法是将固态nafion膜与生长有石墨烯的铜箔等基底在140℃左右下，施加一定的压力直接进行固-固界面的热压复合，然后放入刻蚀液中将铜箔基底刻蚀掉，留下干净的nafion/石墨烯复合膜。固体nafion膜表面平整，可在高温下软化，粘性增强，施加一定压力可与石墨烯结合牢固，从而将石墨烯顺利转移下来。
3、现有的这种热压法需要施加合适的压力，转移结果受石墨烯基底的平整度影响很大。并且，热压法中nafion膜与石墨烯二者是固-固界面的复合，因过程中需施加一定的压力，因此可能会导致部分石墨烯不平整的区域在与nafion膜结合时发生挤压破碎，从而损坏石墨烯薄膜的完整性。此外，由于固-固界面之间会不可避免地存在一定的缝隙，nafion膜与石墨烯二者难以结合牢固，易在液态环境中发生材料脱落等问题。因此，如何找到一种新的方法制备质子交换聚合物/二维材料复合膜以避免产生上述问题是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思
1、为此，本专利技术提供一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜及其制备方法和应用，以制备结构稳定的二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜。
2、第一方面，本专利技术提供一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜，所述复合膜包括二维材料膜、质子交换聚合物膜和多孔膜；其中，所述质子交换聚合物膜位于所述二维材料膜和所述多孔膜之间，所述多孔膜中任选地包含有质子交换聚合物。
3、第二方面，本专利技术提供一种所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
4、(1)提供填充有质子交换聚合物的填充后多孔膜；
5、(2)将所述填充后多孔膜覆盖于载于基底的二维材料膜上，然后置于水汽环境中，以使填充于多孔膜中的质子交换聚合物至少一部分转移至多孔膜和二维材料膜之间，任选部分质子交换聚合物保留在多孔膜中；
6、(3)除去所述基底，然后干燥，得所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜。
7、第三方面，本专利技术还提供一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜在氢氘分离中的应用，所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜选自第一方面所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜，或者由第二方面所述方法制备得到。
8、有益效果：
9、本专利技术制备二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜时，质子交换聚合物与二维材料膜之间由固-液界面转化为固-固界面，二维材料膜完整转移至复合膜中，质子交换聚合物膜与二维材料膜之间连接更加稳固，稳定性好，复合膜用于氢氘分离时能长时间保持良好的分离性能，复合膜中保留了多孔膜，有效防止发生溶胀、卷曲，复合膜可在液态环境下保持稳定、不易变形。
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1.一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜，其特征在于，所述复合膜包括二维材料膜、质子交换聚合物膜和多孔膜；其中，所述质子交换聚合物膜位于所述二维材料膜和所述多孔膜之间，所述多孔膜中任选地包含有质子交换聚合物。
2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的复合膜，其特征在于，所述质子交换聚合物膜中的质子交换聚合物和所述多孔膜中的质子交换聚合物相同，且选自Nafion、PMMA和PPC中的一种或多种；和/或，
4.根据权利要求3所述的复合膜，其特征在于，所述多孔膜的孔隙率为10％～50％；
5.一种根据权利要求1～4任一项所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述填充后多孔膜通过将多孔膜在质子交换聚合物的溶液中进行浸润得到；
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤(1)和(2)之间的如下步骤：
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，
9.根据权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括步骤(2)和(3)之间的如下步骤：
10.根据权利要求9所述制备方法，其特征在于，所述基底选自金属基底或二氧化硅基底，所述金属基底选自铜基底或镍基底；
11.一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜在氢氘分离中的应用，其特征在于，所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜选自权利要求1～4任一项所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜，或者由权利要求5～10任一项所述方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜，其特征在于，所述复合膜包括二维材料膜、质子交换聚合物膜和多孔膜；其中，所述质子交换聚合物膜位于所述二维材料膜和所述多孔膜之间，所述多孔膜中任选地包含有质子交换聚合物。
2.根据权利要求1所述的复合膜，其特征在于，
3.根据权利要求1或2所述的复合膜，其特征在于，所述质子交换聚合物膜中的质子交换聚合物和所述多孔膜中的质子交换聚合物相同，且选自nafion、pmma和ppc中的一种或多种；和/或，
4.根据权利要求3所述的复合膜，其特征在于，所述多孔膜的孔隙率为10％～50％；
5.一种根据权利要求1～4任一项所述二维材料/聚合物/多孔膜的复合膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，步骤(1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡晟，李藤，曹阳，马梦旭，胡紫微，
申请(专利权)人：嘉庚创新实验室，
类型：发明
国别省市：
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