CN109772179B - 一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 - Google Patents
一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109772179B CN109772179B CN201811532328.2A CN201811532328A CN109772179B CN 109772179 B CN109772179 B CN 109772179B CN 201811532328 A CN201811532328 A CN 201811532328A CN 109772179 B CN109772179 B CN 109772179B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cobalt hydroxide
- solution
- electrodeposition
- membrane
- nanosheet
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
本发明属于分离膜的技术领域，公开了一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法。方法：1)将导电基材进行预处理；2)通过电沉积方法在导电基材表面沉积氢氧化钴纳米片阵列；3)将表面沉积氢氧化钴纳米片阵列的导电基材置于溶液中，超声剥离，得到纳米片分散液；所述溶液为聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；4)将分散液进行离心，取上层清液，通过真空抽滤堆积纳米片成膜。本发明的方法简单，生产效率高，电沉积的纳米片易于剥离和分散，易于成膜；所制备的膜对染料具有较好的分离效果。
Description
技术领域
本发明属于分离技术领域，具体涉及一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法。
背景技术
化学工业是一个能量消耗巨大的领域，其中分离操作在各操作单元中又占据了很大比重，选择兼具便捷性和低成本的分离方式极为重要。在传统的分离手段如精馏、吸收和化学吸附中，存在巨大的能量消耗、复杂的操作及高昂的成本等问题。例如在化学工艺的设计、建造和投入使用整个过程中，精馏塔和吸收塔等分离设备一般都处于核心地位，除了需要提供物料流动所需的能量来源，对于物料性质、流量等参数的控制成为影响产品性质的关键因素，使得管道布置、自动化控制等更加复杂，成本更高。因此，寻求一种更为便捷、绿色的分离手段对于推动化学工业的进一步发展十分重要。
膜分离技术作为一种绿色、便捷的技术，在解决能源和环境问题上具有巨大的前景，使得其在过去几十年得到了迅速的发展。对于膜分离技术，需要关注的主要有以下几点：第一，选择合适的膜材料，除了要求所选择的膜材料具有相对应的分离性能之外，还要求性质稳定，以保证能够持续运行。第二，便于规模化生产的工艺，要求制备成本低、制备工艺简单易操作、制备时间短等。第三，适应工业生产的要求，在复杂条件下仍能保持分离性能。二维分离膜，因其具备优异的分离性能和良好的应用前景，逐渐成为研究的焦点。不过，许多二维材料因为繁琐的制备步骤、高昂的制备成本，以及产品质量的不稳定，使得研究受到阻碍。
发明内容
为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法，包括以下步骤：
(1)将导电基材进行预处理；
(2)通过电沉积方法在导电基材表面沉积氢氧化钴纳米片阵列；
(3)将步骤(2)得到的表面沉积氢氧化钴纳米片阵列的导电基材置于溶液中，超声剥离，得到纳米片分散液；
(4)将步骤(3)得到的分散液进行离心，取上层清液，通过真空抽滤堆积纳米片成膜，获得氢氧化钴膜。
步骤(1)中所述导电基材为ITO、FTO导电玻璃、钛片、铜片等平板导电基材；所述预处理是指采用水进行超声清洗；所述超声清洗的时间为5～10分钟。
步骤(2)所述电沉积的条件为电沉积时的溶液为硝酸钴和硝酸铵的混合水溶液；电沉积时的电流密度为0.2～0.5mA/cm2，电沉积的时间为30～90min，电沉积时的温度为常温；
硝酸钴浓度为0.01～0.06mol/L，硝酸铵浓度为0.025～0.125mol/L；所述硝酸钴与硝酸铵摩尔比优选为1：2.5。
所述电沉积方法的具体步骤：
将硝酸钴和硝酸铵溶于水中，得到混合水溶液；将导电基材浸入混合水溶液中，并作为工作电极，并以碳棒为辅助电极，加电流密度为0.2～0.5mA/cm2的电流，在常温下反应30～90分钟，导电基材表面会生成氢氧化钴纳米片阵列。
步骤(3)中所述溶液为聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；溶液中聚乙烯吡咯烷酮质量浓度为0.15～0.2g/L。
步骤(3)中所述超声剥离的时间为5～15min。
步骤(4)所述离心的条件为500～1000rpm，10～20min。
本发明所述的电沉积方法制备得到的氢氧化钴纳米片具有较强的化学稳定性，厚度和尺寸适于制备成膜。并且原料成本低，制备时间短。
所述的电沉积氢氧化钴纳米片可以在ITO导电玻璃表面快速合成，形成纳米片阵列，厚度较薄，尺寸较大。通过电沉积方法制备纳米片极大缩短了反应时间，并且以导电玻璃作为产物载体，提高产率的同时简化了工艺。
所述的电沉积氢氧化钴纳米片可以在水体系中快速有效剥离和分散，且不使用有机溶剂，缩短制备时间，减小制备成本，减小对环境的污染。
所述的电沉积氢氧化钴纳米片可以通过离心方法有效去除未剥离的纳米片，得到的上层清液直接用于抽滤成膜，利用聚乙烯吡咯烷酮作为交联剂，可以提高纳米片的堆叠效果，从而提高膜的分离性能。
本发明的氢氧化钴膜用于染料分子的分离，对于尺寸为2nm以上的染料分子具有明显的截留效果，其中，对于伊文思蓝染料分子的分离效果较好。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明通过电沉积方法制备氢氧化钴纳米片并将纳米片用于分离膜的制备，具有很好的通用性；通过电沉积方法制备纳米片，可以简化操作工艺，缩短反应时间，极大提高生产效率；
(2)本发明所使用的原料廉价易得，所用的电沉积基底可以重复使用，与简单高效的电沉积方法相结合，为放大化生产提供了可能。
附图说明
图1为实施例1的电沉积氢氧化钴纳米片的正面微观形貌图，右上角为放大图；
图2为实施例1的电沉积氢氧化钴纳米片的截面微观形貌图；
图3为实施例1的剥离的氢氧化钴纳米片的低倍数微观形貌图；
图4为实施例1的剥离的氢氧化钴纳米片的高倍数微观形貌图；
图5为实施例1的氢氧化钴纳米片抽滤法所制备膜的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜，包括以下步骤：
(1)使用去离子水超声清洗ITO导电玻璃5分钟，去除表面的污渍；
(2)配制电沉积氢氧化钴所需要的溶液：称取六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)颗粒2.9g、硝酸铵(NH4NO3)颗粒2g，溶于约100mL去离子水中，室温搅拌10分钟，得到透明澄清溶液，转移至500mL容量瓶，定容，即得混合溶液；
(3)配制超声溶液：称取0.075g聚乙烯吡咯烷酮(分子量1300000，型号K90，上海阿拉丁生化科技有限公司)粉末溶于500mL去离子水中，室温搅拌10分钟，得到无色透明澄清溶液；
(4)将步骤(1)所得到的干净的导电玻璃浸入步骤(2)所得到的混合溶液中，将导电玻璃作为工作电极，并以碳棒为辅助电极，加电流密度为0.3mA/cm2的电流，在常温下反应60分钟；
(5)将步骤(4)所得到的表面沉积了氢氧化钴纳米片的导电玻璃直接浸入到步骤(3)所得到的澄清溶液中，超声10分钟(40kHz)，得到纳米片的分散液；
(6)将步骤(5)所得到的纳米片分散液进行离心，离心条件为500rpm，10min，转移上清液，真空抽滤制膜，获得氢氧化钴分离膜。
将步骤(4)得到的电沉积氢氧化钴进行扫描电子显微镜表征，得到正面微观形貌图如图1所示，截面微观形貌图如图2所示，电沉积得到的氢氧化钴为片状结构。
将步骤(5)得到的剥离氢氧化钴纳米片进行扫描电子显微镜表征，低倍数微观形貌图如图3所示，高倍数微观形貌图如图4所示，得到的氢氧化钴纳米片厚度较小，尺寸较大，适宜制备成膜。
将步骤(6)得到的膜进行扫描电子显微镜表征，得到微观形貌图如图5所示，得到的膜纳米片层层堆叠，密集均匀。
本实施例制备的膜的分离性能测试数据如表1所示。
表1实施例1制备的膜分离性能参数
浓度为染料在水中的浓度。
实施例2
本实施例利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜，包括以下步骤：
(1)使用去离子水超声清洗ITO导电玻璃5分钟，去除表面的污渍；
(2)配制电沉积氢氧化钴所需要的溶液：称取六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)颗粒7.5g、硝酸铵(NH4NO3)颗粒5g，溶于约100mL去离子水中，室温搅拌10分钟，得到透明澄清溶液，转移至500mL容量瓶，定容，即得混合溶液；
(3)配制超声溶液：称取0.1g聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于500mL去离子水中，室温搅拌20分钟，得到无色透明澄清溶液；
(4)将步骤(1)所得到的干净的导电玻璃浸入步骤(2)所得到的混合溶液中，将导电玻璃作为工作电极，并以碳棒为辅助电极，加电流密度为0.2mA/cm2的电流，在常温下反应30分钟；
(5)将步骤(4)所得到的表面沉积了氢氧化钴纳米片的导电玻璃直接浸入到步骤(3)所得到的澄清溶液中，超声10分钟(40kHz)，得到纳米片的分散液；
(6)将步骤(5)所得到的纳米片分散液进行离心操作，操作条件为1000rpm，10min，转移上清液，抽滤制膜。
本实施例制备的膜的分离性能测试数据如表2所示。
表2实施例2制备的膜分离性能参数
实施例3
本实施例利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜，包括以下步骤：
(1)使用去离子水超声清洗ITO导电玻璃5分钟，去除表面的污渍；
(2)配制电沉积氢氧化钴所需要的溶液：称取六水合硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)颗粒1.45g、硝酸铵(NH4NO3)颗粒1g，溶于约100mL去离子水中，室温搅拌10分钟，得到透明澄清溶液，转移至500mL容量瓶，定容，即得混合溶液；
(3)配制超声溶液：称取0.075g聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于500mL去离子水中，室温搅拌10分钟，得到无色透明澄清溶液；
(4)将步骤(1)所得到的干净的导电玻璃浸入步骤(2)所得到的混合溶液中，将导电玻璃作为工作电极，并以碳棒为辅助电极，加电流密度为0.5mA/cm2的电流，在常温下反应60分钟；
(5)将步骤(4)所得到的表面沉积了氢氧化钴纳米片的导电玻璃直接浸入到步骤(3)所得到的澄清溶液中，超声10分钟(40kHz)，得到纳米片的分散液；
(6)将步骤(5)所得到的纳米片分散液进行离心操作，操作条件为500rpm，10min，转移上清液，抽滤制膜。
本实施例制备的膜的分离性能测试数据如表3所示。
表3实施例3制备的膜分离性能参数
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种氢氧化钴膜的应用，其特征在于：所述氢氧化钴膜用于染料分子的分离；
所述氢氧化钴膜通过以下方法制备得到：
（1）将导电基材进行预处理；
（2）通过电沉积方法在导电基材表面沉积氢氧化钴纳米片阵列；
（3）将步骤（2）得到的表面沉积氢氧化钴纳米片阵列的导电基材置于溶液中，超声剥离，得到纳米片分散液；
（4）将步骤（3）得到的分散液进行离心，取上层清液，通过真空抽滤堆积纳米片成膜，获得氢氧化钴膜；步骤（2）所述电沉积的条件为电沉积时的溶液为硝酸钴和硝酸铵的混合水溶液；电沉积时的电流密度为0.2~0.5 mA/cm2，电沉积的时间为30~90min；硝酸钴的浓度为0.01~0.06mol/L，硝酸铵的浓度为0.025~0.125mol/L；
步骤（3）中所述溶液为聚乙烯吡咯烷酮的水溶液；溶液中聚乙烯吡咯烷酮质量浓度为0.15~0.2g/L。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：步骤（3）中所述超声剥离的时间为5~15min；步骤（4）所述离心的条件为500~1000 rpm，10~20min；
步骤（1）中所述导电基材为ITO、FTO导电玻璃、钛片、铜片；所述预处理是指采用水进行超声清洗。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述染料分子是指尺寸为2nm及其以上的染料分子。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述染料分子为伊文思蓝。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811532328.2A CN109772179B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811532328.2A CN109772179B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109772179A CN109772179A (zh) | 2019-05-21 |
| CN109772179B true CN109772179B (zh) | 2021-09-21 |
Family
ID=66496839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811532328.2A Active CN109772179B (zh) | 2018-12-14 | 2018-12-14 | 一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109772179B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110820035B (zh) * | 2019-11-12 | 2021-12-10 | 盐城工学院 | 一种基于多电位循环阶跃法制备的氢氧化钴/泡沫镍复合电极及方法 |
| CN111001190B (zh) * | 2019-11-27 | 2021-09-21 | 东北石油大学 | 一种具有可控润湿性的乳液分离膜的制备方法及应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103456521A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-18 | 西南大学 | 氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法 |
| CN103911646A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-09 | 燕山大学 | 一种氢氧化钴薄膜的制备方法 |
| CN105148744A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-16 | 华南理工大学 | 可调控超薄二维纳米g-C3N4膜及其制备方法与应用 |
| CN105374574A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种氢氧化钴/石墨烯柔性电极材料的制备方法及其应用 |
| CN106115800A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 南开大学 | 一种簇状氢氧化钴纳米片及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4125765B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2008-07-30 | 日本パーカライジング株式会社 | 金属のセラミックス皮膜コーティング方法およびそれに用いる電解液ならびにセラミックス皮膜および金属材料 |
| US9997784B2 (en) * | 2016-10-06 | 2018-06-12 | Nanotek Instruments, Inc. | Lithium ion battery anode containing silicon nanowires grown in situ in pores of graphene foam and production process |
-
2018
- 2018-12-14 CN CN201811532328.2A patent/CN109772179B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103456521A (zh) * | 2013-09-27 | 2013-12-18 | 西南大学 | 氢氧化钴/硫化铋复合纳米线超级电容电极材料的制备方法 |
| CN103911646A (zh) * | 2014-03-28 | 2014-07-09 | 燕山大学 | 一种氢氧化钴薄膜的制备方法 |
| CN105148744A (zh) * | 2015-08-25 | 2015-12-16 | 华南理工大学 | 可调控超薄二维纳米g-C3N4膜及其制备方法与应用 |
| CN105374574A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种氢氧化钴/石墨烯柔性电极材料的制备方法及其应用 |
| CN106115800A (zh) * | 2016-06-17 | 2016-11-16 | 南开大学 | 一种簇状氢氧化钴纳米片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109772179A (zh) | 2019-05-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108878158B (zh) | 一种碳基复合材料的制备方法和用途 | |
| CN105780364B (zh) | 一种制备超微孔柔性碳布的方法及其产品和应用 | |
| CN101880901B (zh) | 硅锗合金薄膜材料的制备方法 | |
| CN108796551B (zh) | 负载在泡沫镍上的海胆状硫化钴催化剂及其制备方法、作为电解水析氧催化剂的应用 | |
| CN113713634B (zh) | 金属有机框架和共价有机框架复合膜及制备和应用 | |
| CN108383098B (zh) | 多种杂原子共掺杂的中空多孔碳材料、其制备方法及其应用 | |
| CN103046088A (zh) | 一种微纳米复合多孔铜表面结构及其制备方法与装置 | |
| CN107398187A (zh) | 一种利用外加电场法超快速制备金属有机骨架膜的方法 | |
| CN107089707B (zh) | 电容型脱盐电极用核壳结构三维石墨烯复合材料及其制备方法 | |
| CN109338391B (zh) | 用于光电化学分解水制氢的基底的制备方法及其产品和应用 | |
| CN106868563A (zh) | 一种硒化物薄膜修饰泡沫镍电极的制备方法及其应用 | |
| CN108654322B (zh) | 一种基于碱性功能性离子液体共混膜的制备方法和应用 | |
| CN109772179B (zh) | 一种利用电沉积氢氧化钴纳米片制备成膜的方法 | |
| CN107954420B (zh) | 一种电化学阳极剥离石墨箔片制备三维石墨烯的方法 | |
| CN104198560B (zh) | 一种石墨烯修饰的多孔二氧化钛复合膜的制备方法 | |
| CN105070508B (zh) | 一种利用蛋壳膜制备的染料敏化太阳能电池对电极材料及方法 | |
| CN115012001B (zh) | 一种用于水电解气液传输的气体扩散层及其制备方法 | |
| CN109659571A (zh) | 一种二氧化碳电化学还原催化剂及在零距离反应器中的应用 | |
| CN109286018B (zh) | 一种超薄二维碳片的制备方法 | |
| CN201708038U (zh) | 染料敏化太阳能电池 | |
| CN115084558B (zh) | 一种镧基有机框架复合改性的废铬屑衍生的多孔碳纳米负极材料的制备 | |
| CN108031481B (zh) | 一种银插层剥离的超薄卤氧化铋纳米片光催化剂及其制备方法 | |
| CN110993355A (zh) | 一种二维碳化钛衬底层优化α相氧化铁光阳极的制备方法 | |
| CN105585729A (zh) | 一种聚合物薄膜表面原位生长聚苯胺阵列的方法 | |
| CN110415993A (zh) | 一种Mn-Co-S/Co-MOF纳米材料的制备方法及其应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |