專利名稱：多孔納米硅離子分離薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔納米硅離子分離薄膜及其制備方法，屬于微量離子分離技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
從溶液中將特定離子分離出來，主要用的是離子交換分離法。離子交換分離法是 利用離子交換劑與溶液中的離子之間所發(fā)生的交換反應(yīng)進行分離的方法，它是一種固液分離法，其特點是分離效率高，適用于帶電荷的離子之間的分離，還可用于帶電荷與中性物質(zhì)的分離制備等，缺點是離子交換劑的制備難度大，要求非常專業(yè)，利用離子交換分離法的操作比較麻煩而且周期長，一般只用它解決某些比較復(fù)雜的分離問題。為了克服上述缺點，本發(fā)明提供一種多孔納米硅離子分離薄膜及其制備方法，制備方法簡單，操作容易，使之能夠直接將半徑小于200皮米的親水性離子和分子從溶液中分離出來，耗時少，適用于微量組分的富集和聞純物質(zhì)的制備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種多孔納米硅離子分離薄膜及其制備方法，使之能夠直接將半徑小于200皮米的親水性離子和分子從溶液中分離出來，同時將半徑大于200皮米的親水性離子和分子、所有憎水性分子排出在薄膜之外。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜是以納米硅為基本骨架的棉絮狀結(jié)構(gòu)的多孔薄膜，其表面和體內(nèi)有平均直徑在1-1000納米之間的永久孔洞；在納米硅為基本骨架的表面有許多親水性活性基團如硅氧鍵、硅氫鍵等。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜的制備方法，其具體步驟如下選擇單面或雙面拋光的硅片作為襯底材料，清洗干凈；將上述硅襯底材料放入含氫氟酸的電解液里進行電化學腐蝕，形成多孔納米硅薄膜；將上述多孔納米硅薄膜放在含氧的環(huán)境里進行氧化反應(yīng)，形成為二氧化硅薄膜包覆的多孔納米硅薄膜。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜的硅骨架表面覆蓋有二氧化硅薄膜，該二氧化硅薄膜的厚度在O. 02-2納米之間；所述多孔納米硅離子分離薄膜不易與氫氟酸和氫氧化鈉以外的酸、堿、有機溶劑發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜具有離子選擇性分離能力；能夠讓半徑小于200皮米的親水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜；不能夠讓半徑大200皮米的親水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜；不能夠讓憎水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜中所述的親水性離子和分子，其特征在于所述的親水性離子和分子包括氫、鋰、鈉、鉀、鋅、氫氧根等所有種類親水性離子和水分子、乙醇分子等所有種類的親水性分子；所述親水性離子和分子的半徑不超過200皮米。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜中所述的含氧的環(huán)境，其特征在于氧化氣氛里含有氧氣分子；氧化溫度在零下20攝氏度至1200攝氏度之間；氧化時間在O. I秒至360天之間。
四

圖I是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜的電子掃描顯微鏡圖片。圖2是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜經(jīng)含有鋅離子溶液旋涂后的SEM圖片。圖3是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜經(jīng)含有鋅離子溶液旋涂后的X射線 衍射譜。圖4是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜在去掉頂層薄膜后的SEM圖片。圖5是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜在去掉頂層薄膜后的X射線衍射
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五具體實施例方式本實施方式中以P型硅為原料制備多孔納米硅離子分離薄膜，并用之將鋅離子、氫氧根離子和乙醇分子從醋酸鋅、乙醇和三乙醇胺組成的無色透明液體中分離出來。其中，三乙醇胺分子的半徑約為375皮米，鋅離子的半徑約為74皮米，氫氧根的離子半徑為137皮米。選擇單面拋光的P型硅片作為襯底材料，清洗干凈之后，放在由濃度為40%的氫氟酸和濃度為95%的乙醇按I : I等體積比配制成的電解液中，流密度為3毫安每平方厘米，通電60分鐘，取出清洗干燥，經(jīng)氧化后獲得多孔納米硅薄膜，圖I為其電子掃描顯微鏡圖片，結(jié)果表明多孔納米硅薄膜具有以納米硅為基本骨架的棉絮狀結(jié)構(gòu)的多孔薄膜。用300mg醋酸鋅、10毫升乙醇和O. 3mg三乙醇胺制成的無色透明液體之后,取5滴所配制的無色透明液體旋涂于多孔納米硅薄膜之上，加熱至250攝氏度，用電子掃描顯微鏡觀察其表面形貌，圖2是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜經(jīng)醋酸鋅溶液旋涂后的電子掃描顯微鏡圖片，結(jié)果表明多孔納米硅薄膜的棉絮層狀結(jié)構(gòu)之上留有一層頂層薄膜；圖3是圖2中薄膜的X射線衍射譜，結(jié)果表明多孔納米硅薄膜上留存的頂層薄膜為非晶性質(zhì)，即半徑較大的三乙醇胺分子材料。在該頂層薄膜去掉之后，剩下的就是多孔納米硅薄膜；圖4是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜在去掉頂層薄膜后的SEM圖片，而圖5是本發(fā)明制備的多孔納米硅離子分離薄膜在去掉頂層薄膜后的X射線衍射譜，這些結(jié)果表明棉絮狀微結(jié)構(gòu)里填滿了由半徑較小的鋅離子和氫氧根離子經(jīng)加熱而合成的氧化鋅納米顆粒。多孔納米硅離子分離薄膜有大的親水性表面積，親水性離子和分子容易遷移擴散，富集速度快，適用于有機無機親水性離子與大分子物質(zhì)的分離。
權(quán)利要求
1.一種多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜是以納米硅為基本骨架的棉絮狀結(jié)構(gòu)的多孔薄膜，其表面和體內(nèi)有平均直徑在1-1000納米之間的永久孔洞；在納米硅為基本骨架的表面有許多親水性活性基團如硅氧鍵、硅氫鍵等。
2.如權(quán)利要求I所述的多孔納米硅離子分離薄膜的制備方法，其具體步驟如下 1)選擇單面或雙面拋光的硅片作為襯底材料，清洗干凈； 2)將上述硅襯底材料放入含氫氟酸的電解液里進行電化學腐蝕，形成多孔納米硅薄膜； 3)將上述多孔納米硅薄膜放在含氧的環(huán)境里進行氧化反應(yīng)，形成為二氧化硅薄膜包覆的多孔納米娃薄膜。
3.如權(quán)利要求I或2所述的多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜的硅骨架表面覆蓋有二氧化硅薄膜，該二氧化硅薄膜的厚度在O. 02-2納米之間；所述多孔納米硅離子分離薄膜不易與氫氟酸和氫氧化鈉以外的酸、堿、有機溶劑發(fā)生反應(yīng)。
4.如權(quán)利要求1-3所述的多孔納米硅離子分離薄膜，其特征在于所述多孔納米硅離子分離薄膜具有離子選擇性分離能力；能夠讓半徑小于200皮米的親水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜；不能夠讓半徑大200皮米的親水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜；不能夠讓憎水性離子和分子通過所述的多孔納米硅離子分離薄膜。
5.如權(quán)利要求4所述的親水性離子和分子，其特征在于所述的親水性離子和分子包括氫、鋰、鈉、鉀、鋅、氫氧根等所有種類親水性離子和水分子、乙醇分子等所有種類的親水性分子；所述親水性離子和分子的半徑不超過200皮米。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含氧的環(huán)境，其特征在于氧化氣氛里含有氧氣分子；氧化溫度在零下20攝氏度至1200攝氏度之間；氧化時間在O. I秒至360天之間。
全文摘要
本發(fā)明公開一種多孔納米硅離子分離薄膜及其制備方法。所述多孔納米硅離子分離薄膜是以納米硅為基本骨架的棉絮狀微結(jié)構(gòu)的多孔薄膜，其表面和體內(nèi)有平均直徑在1-1000納米之間的永久孔洞；在納米硅基本骨架的表面有許多親水性活性基團如硅氧鍵、硅氫鍵等。本發(fā)明多孔納米硅離子分離薄膜的制備方法簡單，操作容易，使之能夠直接將半徑小于200皮米的親水性離子和分子從溶液中分離出來，同時將半徑大于200皮米的親水性離子和分子、所有憎水性分子排出在薄膜之外。多孔納米硅離子分離薄膜有很大的親水性表面積，半徑較小的親水性離子和分子容易遷移擴散，富集速度快，適用于將半徑較小的有機無機親水性離子與半徑較大的大分子物質(zhì)的分離。
文檔編號B01D71/02GK102641666SQ20121012938
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者翟保改, 馬青蘭, 黃遠明 申請人:常州大學