一种二维g-C3N4纳米片膜及其电化学制备方法与在离子分离中的应用技术

本发明专利技术公开一种二维g

【技术实现步骤摘要】
一种二维g
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C3N4纳米片膜及其电化学制备方法与在离子分离中的应用


[0001]本专利技术属于离子分离膜
，具体涉及一种二维g
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C3N4纳米片膜及其电化学制备方法与在离子分离中的应用。

技术介绍

[0002]随着人口的过度增长，工业化进程的加速，水污染问题日益严重，如何得到清洁水成为了一个至关重要的问题。地球上几乎97％的水是微咸水和海水，海水和微咸水的脱盐已经成为清洁水的重要替代来源。相对于传统的脱盐技术而言，膜分离技术由于占地面积小、成本低、操作方便等优势而受到人们的广泛关注。
[0003]在膜分离过程中，最为核心的问题就是膜材料的开发。目前使用的最多是聚合物膜和陶瓷膜，但是聚合物膜存在易污染、通量低等问题，而陶瓷膜存在成本高等缺点，极大的限制了其应用。因此，一种同时具备有机膜的易制备性和陶瓷膜的热稳定的理想膜才能满足工业化应用的需要。
[0004]近几年来，二维材料出现在人们的视野中，并将其用于膜分离领域，其中最具代表性的二维膜为氧化石墨烯膜。但是氧化石墨烯膜在水溶液中不稳定，易发生溶胀的现象。所以迫切需要开发另外一种二维材料膜用于水处理过程。而二维石墨相氮化碳(g
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C3N4)纳米片膜，与氧化石墨烯膜相比，制备更简单，稳定性更高，在分离领域展现出了工业应用潜力。
[0005]一般来说，二维纳米片膜的性能一方面与纳米片的质量有关，另一方面也和膜的制备方法有关。其中，纳米片的质量决定了膜的稳定性，而膜的制备方法则很大程度上决定膜的完整性，从而影响其分离性能。目前，g
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C3N4纳米片的制备通常是通过热聚合法得到块状g
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C3N4，再进行剥离得到g
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C3N4纳米片，但此过程涉及步骤较多，且需要高温等条件，容易导致g
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C3N4纳米片的结构受到破坏；二维g
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C3N4纳米片膜的制备一般是通过抽滤的方式将纳米片堆叠成膜，但此过程用时较长，效率低下。因此，如果能用一种简单的方法制备出高质量的g
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C3N4纳米片和二维g
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C3N4纳米片膜，并且展现出优异的分离性能，则对工业的发展具有重大意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，该制备方法过程简单、能耗低、所需原料少、成本低、可重复性高、适用性广泛，适合工业化生产。
[0007]本专利技术的第二目的在于提供上述制备方法制备得到的二维g
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C3N4纳米片膜，该纳米片膜对离子具有较高的拦截效果。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供二维g
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C3N4纳米片膜的应用，具体应用于离子分离领域。
[0009]本专利技术的首要目的通过以下技术方案实现：
[0010]一种二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，包括如下步骤：
[0011](1)将三聚氰胺、氢氧化钠与水按照质量体积比为(1～3)g：(0.5～1)g：(50～100)mL混合均匀，作为电解液；以铂片为电极，使用电压的大小为3～10V的直流电源，通电反应时间为1～3h，将反应后的电解液经离心，透析处理后，获得g
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C3N4纳米片溶液；
[0012](2)将处理过的有孔基底放在U型槽的中间固定，在两端插入碳板作为电极，U型槽的一侧加入g
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C3N4纳米片溶液，另一侧加入超纯水，通电进行电泳沉积，沉积完成后，取出基底，进行干燥处理，获得二维g
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C3N4纳米片膜。
[0013]优选地，步骤(1)所述离心的转速为5000～10000rpm；离心的时间为30～60min。
[0014]优选地，步骤(1)所述透析所使用的透析袋的分子量为1000～5000Da；透析的时间为3～5天。
[0015]优选地，步骤(2)中所述电泳沉积的条件：电压为15～30V，时间为30～60min。
[0016]优选地，步骤(2)中所述g
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C3N4二维纳米片膜的厚度为350～630nm。
[0017]本专利技术的第二目的通过以下技术方案实现：
[0018]一种二维g
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C3N4纳米片膜，由上述制备方法制备得到。
[0019]本专利技术的第三目的通过以下技术方案实现：
[0020]一种二维g
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C3N4纳米片膜在离子分离中的应用。
[0021]具体地，所述二维g
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C3N4纳米片膜在离子分离中的应用，包括以下步骤：
[0022]将二维g
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C3N4纳米片膜置于离子截留装置中，膜的一侧加入离子化合物溶液，膜的另一侧加入水，从而实现离子截留。
[0023]优选地，所述离子化合物溶液的浓度为0.01～2mol/L。
[0024]优选地，所述离子化合物溶液的浓度为0.1～0.2mol/L。
[0025]优选地，所述离子化合物为NaCl，LiCl，CaCl2，MgCl2，AlCl3，CuSO4，CdSO4或MnSO4中的一种。
[0026]优选地，所述水为超纯水或去离子水。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0028](1)本专利技术中电化学法制备二维g
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C3N4纳米片膜过程简单、能耗低、所需原料少、成本低、可重复性高、适用性广泛，适合工业化生产；
[0029](2)本专利技术利用电泳沉积法制得的二维g
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C3N4纳米片膜具有稳定性好、抗污染能力强等优点；
[0030](3)本专利技术将电泳沉积法制得的二维g
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C3N4纳米片膜用于离子拦截时，对离子具有较高的拦截效果。
[0031](4)本专利技术专利所制备的g
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C3N4纳米片膜主要用于离子分离中的作用，主要在于进行海水和微咸水的脱盐处理。
附图说明
[0032]图1为二维g
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C3N4纳米片膜的制备示意图；
[0033]图2为实施例1的二维g
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C3N4纳米片扫描电镜(SEM)图；
[0034]图3为实施例1的二维g
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C3N4纳米片膜的表面扫描电镜(SEM)图；
[0035]图4为实施例1的二维g
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C3N4纳米片膜的截面扫描电镜(SEM)图；
[0036]图5为实施例1的二维g
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C3N4纳米片膜对0.2mol/LNaCl溶液渗透测试图，其中纵坐标为渗透侧溶液电导率，横坐标为时间。
具体实施方式
[0037]下面结合实施例对本专利技术技术方案作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式及保护范围不限于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将三聚氰胺、氢氧化钠与水按照质量体积比为(1～3)g：(0.5～1)g：(50～100)mL混合均匀，作为电解液；以铂片为电极，使用电压的大小为3～10V的直流电源，通电反应时间为1～3h，将反应后的电解液经离心，透析处理后，获得g
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C3N4纳米片溶液；(2)将处理过的有孔基底放在U型槽的中间固定，在两端插入碳板作为电极，U型槽的一侧加入g
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C3N4纳米片溶液，另一侧加入超纯水，通电进行电泳沉积，沉积完成后，取出基底，进行干燥处理，获得二维g
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C3N4纳米片膜。2.根据权利要求1所述的二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，其特征在于，步骤(1)所述离心的转速为5000～10000rpm；离心的时间为30～60min。3.根据权利要求1所述的二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，其特征在于，步骤(1)所述透析所使用的透析袋的分子量为1000～5000Da；透析的时间为3～5天。4.根据权利要求1所述的二维g
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C3N4纳米片膜的电化学制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电泳沉积的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛健，张娅，王海辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：