纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电中的应用

1.本发明涉及膜技术领域。更具体地，涉及一种纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电中的应用。


背景技术：

2.能源是当今社会人类赖以生存的基础，然而，目前全球使用的能源大部分来自石油、煤炭、天然气等传统的化石燃料，日益消耗的化石燃料已面临枯竭的风险，而新型可再生能源中风能、水能、核能、太阳能和地热能虽然清洁、可再生，但在实际应用中会受到地域、气候因素影响以及发电具有间歇性不稳定等难以克服的缺陷。而h
+
具有比na
+
更高渗透能作为一种新型的可再生能源，既不产生垃圾，也不排放二氧化碳，更不受天气和地域的限制，其原理是通过不同浓度的溶液之间的势差而产生能量进行发电。近些年研究者将目光转移到渗透能中的盐差能，盐差能作为一种存在于海水和河水之间的潜力巨大且尚未开发的清洁能源，通过添加性能优良的隔膜材料(例如纳米级单孔和多孔材料)，改善离子传输以促进从离子梯度中捕获蓝色能量加以利用。专利cn103615363a公开了一种盐差能发电装置和方法，通过发电装置中的多个渗透膜元件并联，实现对海水高浓度侧和低浓度层的渗透级划分，然后再将渗透压差转化为高浓度侧流体静压来驱动发电机工作。但是，对工业废水的渗透能收集一直处理被忽视的状态，工业废水常为酸性废水，废水中富含h
+
，的转移数，其迁移率大于na
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的一个数量级，如果可以充分利用工业废水的渗透能势必可以对能源补充产生巨大的影响，但是一方面由于目前的膜材料耐酸性较差，空间结构易变化，离子传输纳米通道易受到破坏，稳定性较低，例如二维层状材料氧化石墨烯可用作纳米层压膜，其中氧化石墨烯纳米片由于滑移长度大而能够进行水分子的快速扩散，但由于目前氧化石墨烯膜的溶胀限制了其对孔隙率的控制，极大地阻碍了它们的离子传输行为并最终导致不可逆的降解，另一方面膜材料利用酸差进行渗透发电时输出性能较低。为了更好地利用渗透能，研究一种机械稳定性好、耐酸性好、离子传输效率高的隔膜材料应用于渗透发电领域中显得尤为重要。


技术实现要素：

3.基于以上缺陷，本发明的目的在于提供一种纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电中的应用。通过纤维素/氧化石墨烯复合膜形成的稳定框架结构，从而构建了高表面电荷的纳米通道，实现了表面电荷调控的离子传输，有利于进一步提高能量转换能力和耐酸性。
4.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
5.本发明提供一种纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电的应用，以纤维素/氧化石墨烯复合膜为隔膜材料，利用电解液的盐差或酸差将化学能转化为电能。
6.本技术以柔软的木质纤维组织纤维素(cnfs)作为基底，将二维片层结构的氧化石墨烯(goms)掺杂到木质纤维组织内，形成了一种稳定的框架结构，极大地改善了氧化石墨烯之间的界面连接，扩大了快速离子传输的层间空间，有利于表面电荷调控的离子传输。
7.根据发明人的研究，将一维材料与二维片层材料进行混合制备复合膜均能应用渗透发电技术中，所述的一维材料包括像纤维素在内的纳米线、碳纳米管、纳米球等，所述二维片层材料也包括像氧化石墨烯在内的mxene、mos2、ws2等，只是发明人从中优选出了一种展现出较明显协同关系的复合膜的原料组合，即纤维素和氧化石墨烯。其协同关系体现在：一方面由于纤维素具有丰富表面电荷和空间电荷的交联网络结构，丰富的表面电荷和空间电荷赋予复合膜良好的阳离子选择性，同时也为氧化石墨烯提供各种功能基团的结合位点；另一方面，由于纤维素和氧化石墨烯之间的范德华力和氢键作用，结构相对稳定，有利于防止氧化石墨烯溶胀造成的膜层间空间的变化。
8.在该领域中常以氧化石墨烯类二维片层材料为主，与其他材料进行复合设计，而本技术是以纤维素为主，掺杂少量的氧化石墨烯，其优势在于其中cnfs形成的交联网具有丰富的表面电荷和间距电荷，并提供与goms结合的各种功能基团。与传统的层间间距不稳定的goms膜相比，引入层间间距稳定的天然生物材料cnfs与goms相结合形成强氢键相互作用，表现出可控的离子输运。此外，该复合膜具有高比例的天然生物材料cnfs，可以抵抗酸性溶液的侵蚀，并显示出在极端情况下用于能量转换的潜力。这种原料组合形成的特殊结构赋予了其优良的化学弹性、快速选择性离子传输能力和耐酸性能，有利于进一步增强能量转换特性。在渗透发电应用时，基于反渗透原理，阳离子可以通过复合膜，而将阴离子阻隔在浓盐溶液或浓酸溶液中，这就形成了电荷的定向移动，产生了电流，实现了盐差能、酸差能向电能的转化。
9.进一步，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜从宏观上看为均一、透明的薄膜，具有二维片层结构，其厚度为4～6μm，单片层间距为0.9～1.2nm，远远大于goms膜层间距的0.72nm。由于goms之间存在丰富的cnfs，具有大量表面电荷的cnfs赋予了goms纳米膜之间的空间电荷效应，使复合膜的表面电荷大大提高，实现高效、快速的离子跨膜传输和增强阳离子选择性。
10.进一步，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜是向纤维素中掺杂1-20wt％的氧化石墨烯分散液，在该范围内，由于氧化石墨烯插层的影响，增加了纤维素纳米纤维之间的层间间隙，有助于增加沿二维纳米通道的离子流。如果氧化石墨烯分散液掺杂量小于1wt％时，起不到支撑纤维素层间结构的目的，难以形成稳定的框架结构，当氧化石墨烯分散液掺杂量大于20wt％时，过多的氧化石墨烯会导致层间强度变弱和离子选择性变差，反而不利于渗透能的转换。示例性地，所述氧化石墨烯分散液的掺杂量可以为1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％、8wt％、9wt％、10wt％、11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％、20wt％等及其任意两值形成的区间。在一个具体的实施方式中，所述氧化石墨烯分散液的掺杂量为10wt％，离子选择性和离子通量达到最大值。所述氧化石墨烯分散液为2mg/ml。
11.进一步，利用电解液的盐差进行渗透发电时，选用ag/agcl电极施加跨膜电位，浓盐溶液与稀盐溶液的浓度梯度为5-500倍，外接0-1000kω的负载电阻。选用的电极材料还可以为钛基铱涂层电极或钛基钌涂层电极；浓盐溶液与稀盐溶液的浓度梯度为还可以为50倍，100倍，150倍，200倍，250倍，300倍，350倍，400倍，450倍等及其形成的任意区间。在实际应用时，人工海水的氯化钠浓度为0.5m，河水的氯化钠浓度为0.01m，自然形成的盐差体系浓度梯度为50倍，为本领域最长考察及研究的浓度梯度。在盐差体系中，外接负载电阻优选
为20kω。
12.在外接电阻的选择上，电阻可以为0，即得到短路电流，其电阻还可以为100ω、300ω、500ω、1000ω、3000ω、5000ω、7000ω、10000ω、13000ω、17000ω、20000ω、23000ω、27000ω、30000ω、33000ω、37000ω、40000ω、50000ω、60000ω、70000ω、80000ω、100000ω、150000ω、220000ω、500000ω、1000000ω等，经实验发现，盐差体系下，不同盐体系、不同浓度梯度下最优功率密度对应的电阻值基本一致为20kω；而酸差体系则不同，酸体系和浓度梯度的不同均会影响最优功率密度对应的电阻值，当为盐酸溶液时，浓度梯度为5倍和10倍时，最优功率密度对应的电阻值为1000ω，浓度梯度为50倍和100倍时，最优功率密度对应的电阻值为3000ω，浓度梯度为500倍时，电阻值为5000ω，浓度梯度为1000倍时，电阻值为13kω；其他酸体系下，当浓度梯度为1000倍时，硫酸体系下最优功率密度对应的电阻值为27kω，草酸体系下最优功率密度对应的电阻值为17kω，磷酸体系下最优功率密度对应的电阻值为40kω，甲酸体系下最优功率密度对应的电阻值为150kω，醋酸体系下最优功率密度对应的电阻值为220kω。
13.进一步，浓盐溶液的浓度为0.5m，稀盐溶液的浓度为0.001-0.1m。优选地，所述稀盐溶液的浓度还可以为0.005m，0.01m，0.02m，0.05m，0.08m等任意两值形成的区间，盐溶液选自氯化锂溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化镁溶液或氯化钙溶液；优选地，所述浓盐溶液与稀盐溶液的盐的种类一致。
14.在一个具体的实施方式中，电解液替换为酸溶液，一方面验证复合膜的耐酸性，另一方面利用酸差进行渗透发电。选用ag/agcl电极，所述浓酸溶液与稀酸溶液的浓度梯度为5-1000倍，外接0-1000kω的负载电阻。同样的，电极材料还可以为钛基铱涂层电极或钛基钌涂层电极；浓酸溶液与稀酸溶液的浓度梯度还可以为10倍，50倍，100倍，150倍，200倍，250倍，300倍，350倍，400倍，450倍，500倍，550倍，600倍，650倍，700倍，750倍，800倍，850倍，900倍，950倍等及其形成的任意区间。
15.进一步，浓酸溶液的浓度为0.5m，稀酸溶液的浓度为0.5-100mm。所述酸溶液可选自完全电离得酸或不完全电离的酸，例如：盐酸溶液、硫酸溶液、草酸溶液、磷酸溶液、甲酸溶液或醋酸溶液等；优选地，所述浓酸溶液与稀酸溶液的酸的种类一致。
16.进一步，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜是通过如下方法制备：
17.将纤维素溶于水中，然后与氧化石墨烯分散液按比例混合，超声15-30min，再通过pc滤膜进行过滤，干燥后从pc滤膜上剥离即得。
18.进一步，所述纤维素中掺杂1-20wt％的氧化石墨烯分散液。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明公开一种纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电的应用。本发明以自制的纤维素/氧化石墨烯复合膜为隔膜材料，利用电解液的盐差或酸差将化学能转化为电能。通过将具有二维片层结构的氧化石墨烯纳米片掺杂到柔软的纤维素内，从而形成了稳定的框架结构，不仅极大地改善了氧化石墨烯纳米片之间的界面连接，增强了纤维素阳离子选择性，还扩大了快速离子传输的层间空间，有利于表面电荷调控的离子传输。当氧化石墨烯分散液掺杂量为10wt％，负载电阻为20kω，氯化钠溶液的浓溶液与稀溶液的浓度梯度为50倍时，输出功率密度达到5.26w m-2
，换成氯化钾溶液时，输出功率密度可达6.07w m-2
，当改用酸差体系时，在盐酸溶液的浓溶液与稀溶液的浓度梯度为100倍时，负载电阻为3000ω，输
出功率密度达到67.08w m-2
，均远超5w m-2
的商品膜水平。
附图说明
21.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
22.图1示出本发明实施例1-7制备的样品的xrd图；
23.其中，(a)为实施例3、实施例6和实施例7的xrd图，(b)为实施例1-6的xrd图。
24.图2示出本发明能量转换测试使用的渗透能发电装置的示意图；
25.图3示出本发明实施例3制备的纤维素/氧化石墨烯复合膜的盐差发电性能图；
26.图4示出本发明实施例10中不同氧化石墨烯掺杂量的输出功率密度对比图；
27.图5示出本发明实施例11中不同类型氯化物电解质环境下的输出功率密度对比图；
28.图6示出本发明实施例13中不同酸浓度梯度下的输出功率密度对比图；
29.图7示出本发明实施例3的纤维素/氧化石墨烯复合膜的稳定性测试图；
30.图8示出本发明实施例3在稳定性测试后测得的电镜图片。
31.图9示出本发明实施例16对不同掺杂量的膜材料实物图对比。
具体实施方式
32.为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
33.本发明提供一种可大规模制备、成本低廉、工艺简单、耐酸性好的隔膜材料，以纤维素为主体掺杂1-20wt％的氧化石墨烯分散液制备成纤维素/氧化石墨烯复合膜，然后将纤维素/氧化石墨烯复合膜用于盐差/酸差体系中进行性能测试。
34.实施例1
35.掺杂量为1wt％氧化石墨烯分散液的纤维素/氧化石墨烯复合膜的制备：
36.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，加入1wt％氧化石墨烯分散液，将两者搅拌混合。将混合溶液超声20分钟，形成均匀的悬浮液。然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到掺杂量为1wt％的纤维素/氧化石墨烯复合膜，其xrd图参见图1，层间距约0.9nm。
37.实施例2
38.掺杂量为5wt％氧化石墨烯分散液的纤维素/氧化石墨烯复合膜的制备：
39.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，加入5wt％氧化石墨烯分散液，将两者搅拌混合。将混合溶液超声20分钟，形成均匀的悬浮液。然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到掺杂量为5wt％的纤维素/氧化石墨烯复合膜，其xrd图参见图1，层间距约1.0nm。
40.实施例3
41.掺杂量为10wt％氧化石墨烯分散液的纤维素/氧化石墨烯复合膜的制备：
42.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，加入10wt％氧化石墨烯分散液，将两者搅拌混合。将混合溶液超声20分钟，形成均匀的悬浮液。然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μ
m)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到掺杂量为10wt％的纤维素/氧化石墨烯复合膜，其xrd图参见图1，层间距约1.2nm。
43.实施例4
44.掺杂量为15wt％氧化石墨烯分散液的纤维素/氧化石墨烯复合膜的制备：
45.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，加入15wt％氧化石墨烯分散液，将两者搅拌混合。将混合溶液超声20分钟，形成均匀的悬浮液。然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到掺杂量为15wt％的纤维素/氧化石墨烯复合膜，其xrd图参见图1，层间距约1.1nm。
46.实施例5
47.掺杂量为20wt％氧化石墨烯分散液的纤维素/氧化石墨烯复合膜的制备：
48.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，加入20wt％氧化石墨烯分散液，将两者搅拌混合。将混合溶液超声20分钟，形成均匀的悬浮液。然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到掺杂量为5wt％的纤维素/氧化石墨烯复合膜，其xrd图参见图1，层间距约1.0nm。
49.实施例6
50.纯纤维素膜的制备：
51.将纤维素纳米纤维溶解在去离子水中，超声20分钟，然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到纤维素膜。
52.实施例7
53.纯氧化石墨烯膜的制备：
54.将1份氧化石墨烯分散液与1份去离子水混合，充分搅拌，超声20分钟，然后通过pc滤膜(直径47mm，孔径0.2μm)进行真空辅助抽滤，抽滤12小时。自然风干后，将过滤好的膜从pc滤膜上取下得到氧化石墨烯膜，层间间距0.72nm。
55.实施例8
56.盐差能转化为电能的测试方法：
57.如图2所示，盐差能转化为电能的装置是一个封闭体系，右侧容器中装有浓盐溶液，对应于左侧容器中装有稀盐溶液，以下实施例如无特殊说明，浓溶液与稀溶液的盐种类保持一致。在左右容器中各有一个凹槽用于注入溶液以及插入ag/agcl电极。实施例1-7中制备得到的隔膜材料被安装于两个容器的中间并用螺丝栓进行固定。两种溶液通过外接电流表以及负载电阻将电路连通，进行盐差能转换测试。
58.实施例9
59.本实施例为不同浓差倍数条件下将盐差能转化为电能的测试。
60.使用实施例3制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例8，盐溶液选择氯化钠溶液，首先需要确定复合膜在盐差体系下最适的外接电阻阻值，分别在浓溶液与稀溶液浓度梯度为5倍、50倍、500倍下对0.1-100kω范围内的阻值为进行测试，所得结果见图3，发现在盐差体系下外接电阻的阻值为20kω时，功率密度在不同浓度梯度下均处于较高水平，因此最终确定外接电阻的阻值为20kω。表1示出了不同浓差倍数下测试数据结果，由表1知，所得的功率密度与浓度梯度呈现同步上升状态，当浓度梯度达到50倍时，已高于
商品化基准(5w m-2
)，继续再提高浓度，功率密度变化不大。
61.表1不同浓度梯度下测试数据汇总表
62.浓度梯度5倍50倍500倍功率密度(w m-2
)2.15.265.69
63.实施例10
64.本实施例考察不同掺杂量的氧化石墨烯分散液对复合膜输出功率密度的影响。
65.选取实施例1-6制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例8，盐溶液选择氯化钠溶液，控制外接负载电阻为20kω，浓溶液与稀溶液浓度梯度为50倍，所得结果见表2和图4。表2显示，掺杂氧化石墨烯的复合膜的功率密度均高于未掺杂时的情况，功率密度随氧化石墨烯分散液掺杂量的增加呈现先升高后降低的趋势，在掺杂量为10wt％时达到最大，这是因为氧化石墨烯增加了纤维素的层间间隙，有助于增加沿二维纳米通道的离子流，但是当掺杂量大于10wt％时，氧化石墨烯开始影响层间强度变弱和离子选择性变差，从而不利于渗透能的转换。
66.表2不同掺杂量的氧化石墨烯分散液下测试数据汇总表
67.测试样品实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6功率密度(w m-2
)3.324.315.264.573.862.71
68.实施例11
69.本实施例考察复合膜在不同类型氯化物盐溶液中的输出功率密度。
70.选取实施例3制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例8，盐溶液分别选择氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁和氯化钙作为电解质溶液，控制外接负载电阻为20kω，浓溶液与稀溶液浓度梯度为50倍，所得结果见表3和图5。结果发现，当盐溶液为氯化钾时，功率密度最大为6.07w m-2
，这是因为输出功率密度的差异与扩散系数有关。离子扩散系数顺序为k
+
＞na
+
＞li
+
＞ca
2+
＞mg
2+
，k
+
的扩散系数最高，并且该五种阳离子的水合半径大小顺序为k
+
＜na
+
＜li
+
＜ca
2+
＜mg
2+
，越小的水合半径也导致了更快的输运速率。
71.表3复合膜在不同类型氯化物盐溶液中测试数据汇总表
72.盐溶液体系氯化锂氯化钠氯化钾氯化镁氯化钙功率密度(w m-2
)3.45.266.071.842.02
73.实施例12
74.酸差能转化为电能的测试方法：
75.同样采用如图2所示的装置，右侧容器中装有浓酸溶液，对应于左侧容器中装有稀酸溶液，以下实施例如无特殊说明，浓溶液与稀溶液的盐种类保持一致。在左右容器中各有一个凹槽用于注入溶液以及插入ag/agcl电极。实施例1-7中制备得到的隔膜材料被安装于两个容器的中间并用螺丝栓进行固定。两种溶液通过外接电流表以及负载电阻将电路连通，进行酸差能转换测试。
76.实施例13
77.本实施例考察复合膜在不同酸浓度梯度下的输出功率。
78.选取实施例3制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例12，酸溶液选择盐酸溶液。发明人发现酸体系与盐体系不同之处在于，不同浓度梯度和酸体系的最优功
率密度对应的电阻值不同，图6示出不同浓度梯度下盐酸体系的最优功率密度对应的电阻值，发现在盐酸体系下当浓酸与稀酸的浓度梯度为5倍和10倍时，最优功率密度对应的电阻值为1000ω，浓度梯度为50倍和100倍时，最优功率密度对应的电阻值为3000ω，浓度梯度为500倍时，电阻值为5000ω，浓度梯度为1000倍时，电阻值为13kω，将最大功率密度进行记录，见表4。结果显示，当复合膜置于酸溶液体系时，功率密度明显高于盐差体系时的功率密度，在浓度梯度为100倍时，功率密度最大为67.08w m-2
。
79.表4复合膜在不同酸浓度梯度下的测试数据汇总表
80.浓度梯度5倍10倍50倍100倍500倍1000倍功率密度(w m-2
)23.5938.5362.5067.0864.0459.32
81.实施例14
82.本技术考察复合膜在不同酸中的输出功率。
83.选取实施例3制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例12，酸溶液分别选择盐酸溶液(外接电阻3000ω)，硫酸溶液(外接电阻27kω)，草酸溶液(外接电阻17kω)，磷酸溶液(外接电阻40kω)，甲酸溶液(外接电阻150kω)，醋酸溶液(外接电阻220kω)。浓溶液与稀溶液浓度梯度为1000倍下进行测试，所得结果见表5。发现酸溶液体系为盐酸时功率密度明显高于其他酸种类。
84.表5复合膜在不同酸中的测试数据汇总表
85.酸溶液体系盐酸硫酸草酸磷酸甲酸醋酸功率密度(w m-2
)59.325.311.511.580.090.13
86.实施例15
87.本实施例考察复合膜在酸体系下的稳定性测试。
88.选取实施例3制备的复合膜作为隔膜材料，测试安装方法参照实施例12，酸溶液分别选择盐酸溶液，测试12h的电流变化，结果参见图7。图7为电流随时间的变化曲线，示出在12h电流输出稳定，仅有微弱的波动，说明该膜能够稳定地进行离子跨膜传输，有利于促进渗透能的持续收获。图8为复合膜在稳定性测试后测得的电镜图片，可以看出复合膜在经过稳定性测试后无破损，仍具有完整的层状结构。
89.实施例16
90.本实施例考察实施例1-7制备的样品的透明度情况。
91.将不同样品置于带有理化所logo的图案上，观察不同样品的透明情况，结果见图9。发现除纯氧化石墨烯膜外均为透明均一的膜材料，随着氧化石墨烯添加量的增加透明度逐渐下降。
92.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：
1.纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电中的应用，其特征在于，以纤维素/氧化石墨烯复合膜为隔膜材料，利用电解液的盐差或酸差将化学能转化为电能。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜具有二维片层结构，其厚度为4～6μm，单片层间距为0.9～1.2nm。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜是向纤维素中掺杂1-20wt％的氧化石墨烯分散液；优选地，所述氧化石墨烯分散液的掺杂量为5-15wt％；优选地，所述氧化石墨烯分散液的掺杂量为5-10wt％；优选地，所述氧化石墨烯分散液的掺杂量为10-15wt％；更优选地，所述氧化石墨烯分散液的浓度为2mg/l。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，利用电解液的盐差进行渗透发电时，选用ag/agcl电极，浓盐溶液与稀盐溶液的浓度梯度为5-500倍，外接0-1000kω的负载电阻；优选地，浓盐溶液与稀盐溶液的浓度梯度为50倍，外接20kω的负载电阻。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，浓盐溶液的浓度为0.5m，稀盐溶液的浓度为0.001-0.1m。6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，盐溶液选自氯化锂溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液、氯化镁溶液或氯化钙溶液；优选地，所述浓盐溶液与稀盐溶液的盐的种类一致。7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，利用电解液的酸差进行渗透发电时，选用ag/agcl电极，所述浓酸溶液与稀酸溶液的浓度梯度为5-1000倍，外接0-1000kω的负载电阻。8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，浓酸溶液的浓度为0.5m，稀酸溶液的浓度为0.5-100mm。9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述酸溶液选自盐酸溶液、硫酸溶液、草酸溶液、磷酸溶液、甲酸溶液或醋酸溶液；优选地，所述浓酸溶液与稀酸溶液的酸的种类一致。10.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述纤维素/氧化石墨烯复合膜是通过如下方法制备：将纤维素溶于水中，然后与氧化石墨烯分散液按比例混合，超声15-30min，再通过pc滤膜进行过滤，干燥后从pc滤膜上剥离即得；优选地，所述纤维素中掺杂1-20wt％的氧化石墨烯分散液。

技术总结
本发明公开一种纤维素/氧化石墨烯复合膜在渗透发电的应用。本发明以自制的纤维素/氧化石墨烯复合膜为隔膜材料，利用电解液的盐差或酸差将化学能转化为电能。通过将具有二维片层结构的氧化石墨烯纳米片填充到柔软的纤维素内，从而形成了稳定的框架结构，不仅极大地改善了氧化石墨烯纳米片之间的界面连接，增强了纤维素阳离子选择性，还扩大了快速离子传输的层间空间，有利于表面电荷调控的离子传输。有利于表面电荷调控的离子传输。有利于表面电荷调控的离子传输。


技术研发人员：闻利平 赵一菲
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/23