[发明专利]磷酸化纳米纤维素膜及其制备方法与应用

说明书

本发明属于高分子膜领域，特别涉及磷酸化纳米纤维素膜及其制备方法与在海洋能捕获中的应用，包括如下步骤：取羧甲基纳米纤维素加去离子水进行冰水浴搅拌及超声搅拌后，再加入1‑（3‑二甲基氨基丙基）‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基丁二酰亚胺进行室温反应；将O‑磷酸乙醇胺和NaHCO₃加水溶解后加入步骤a₁所得产物中进行室温反应；将所得产物在去离子水中透析处理，得到磷酸化纳米纤维素分散液；将所得分散液放入培养皿中，过夜烘干，即得磷酸化纳米纤维素膜。本发明磷酸化纳米纤维素膜结构致密、制备成本低、可降解、同时具有良好的离子传导性，能够有效提高盐差发电的输出功率密度。

技术领域

本发明属于高分子膜领域，特别涉及磷酸化纳米纤维素膜及其制备方法与在海洋能捕获中的应用。

背景技术

全球能源市场发生严重的能源短缺，全世界主要能源天然气、石油、煤炭价格上涨，严重影响能源供给。开发新型可再生能源势在必行。海洋占全球表面积70％，海洋能储量丰富，称为“蓝色能源”。在海水和河水交界处存在盐差，采用反向电渗析(RED)技术可捕获盐差能，输出电能。在此过程中无碳排放、无污染物产生，具有清洁、可再生的特点。发展盐差能对于改善我国能源结构、保护生态环境、实现可持续发展具有非常重要的意义。

膜作为反向电渗析技术的核心，对盐差能捕获效率起着非常重要的作用。目前RED技术主要采用离子交换膜，现有的离子交换膜存在成本高、效率低的问题。目前报道利用离子交换膜发电功率密度最高为2.9W/m²，距离盐差能转换的工业化还有一段距离。

纳米纤维素是木材、秸秆等经过化学、物理、生物等手段处理得到的直径小于100纳米，长度为微米尺度的纤维。纳米纤维素具有来源广泛、可再生、成本低的优点，采用纳米纤维素作为膜材料，将极大降低RED技术膜的成本。同时，膜离子传导和离子选择性是影响盐差能功率密度输出的主要因素，膜离子传导和离子选择性与膜材料所含的电荷密切相关。纳米纤维素本身不带电荷或者经过氧化处理后含有羧基，离子传导性能较差。

为此，本领域亟需开发一种高离子传导性能的纳米纤维素膜及其制备方法及其在盐差能转化中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磷酸化纳米纤维素膜及其制备方法与应用。该磷酸化纳米纤维素膜结构致密、制备成本低、可降解、同时具有良好的离子传导性，能够有效提高盐差发电的输出功率密度。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

磷酸化纳米纤维素膜，其特征在于，该膜由磷酸化纳米纤维素分散液烘干所得；

所述磷酸化纳米纤维素的结构式如下：

进一步地，本发明所述磷酸化纳米纤维素膜的厚度为5～17μm。

上述磷酸化纳米纤维素膜的制备方法，包括如下步骤：

a₁取羧甲基纳米纤维素加去离子水进行冰水浴搅拌及超声搅拌后，再加入1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基丁二酰亚胺进行室温反应；

b₁将O-磷酸乙醇胺和NaHCO₃加水溶解后加入步骤a₁所得产物中进行室温反应；

c₁将步骤b₁所得产物在去离子水中透析处理，得到磷酸化纳米纤维素分散液；

d₁将步骤c₁所得磷酸化纳米纤维素分散液放入培养皿中，过夜烘干，即得磷酸化纳米纤维素膜。