纳米晶体溶液的纯化装置、纯化方法与纯化系统技术领域
本申请涉及纳米材料领域，具体而言，涉及一种纳米晶体溶液的纯化装置、纯化方
法与纯化系统。
背景技术
基于湿化学法合成的纳米晶体(纳米晶)材料的溶液里普遍存在的一个问题是，合
成时使用了过量的盐类物质会以离子的形式残留在最终的溶液里。
这类残留的盐类物质会影响纳米晶表面的电荷分布以及活性位点、最终性能，比
如：残留的盐类物质会影响纳米晶体的光催化降解有机物或光解水的能力，将纳米晶体用
于发光材料中，也会影响发光材料的发光效率和光谱分布。而纳米晶体的性能好坏会影响
应用且的器件的性能，比如纳米晶体电致发光器件(Quantum Dot Light-Emitting Diode，
简称QLED)的电致发光性能、太阳能电池的光电转换性能以及锂离子电池的比容量或寿命
等。
现有技术中，一般会采用萃取、沉淀法或者膜分离等方法去除纳米晶体溶液中的
可溶性盐类物质。
对于沉淀法来说，其基本过程是向纳米晶体的杂质离子溶液中加入有助于溶液中
纳米晶体沉淀的物质。在纳米晶体沉淀后，去除含有杂质的上层溶液，得到沉淀的纳米晶
体，该过程中杂质离子会吸附在纳米晶表面或者也以沉淀的形式与纳米晶一起都发生沉
淀。所以该方法无法将多余的盐类离子去除干净，另外，沉降次数增加会引起纳米晶体表面
功能配体的破坏导致纳米晶的团聚或者其性能衰减。使用萃取的方法也存在同样的问题。
对于膜分离法来说，其主要是采用分离膜将盐物质与溶液中的其他成分分离开
来，一方面通过负压或者重力等方式将纳米晶溶液通过过滤膜，通过滤膜的作用将纳米晶
留在滤膜的一侧，而溶剂与离子一起通过滤膜，这会导致纳米晶在滤膜表面的团聚；另外一
方面该方法也存在纯化效率相对较低的缺点。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种纳米晶体溶液的纯化装置、纯化方法与纯化系
统，以解决现有的膜分离技术中纳米晶体在分离膜表面的团聚的问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种纳米晶体溶液的纯化装
置，该纯化装置包括：溶液槽，上述溶液槽的内壁绝缘，上述溶液槽用于盛放互溶溶剂，上述
互溶溶剂与纳米晶体溶液互溶，优选上述互溶溶剂与上述纳米晶体溶液中的溶剂相同；至
少一个过滤器，各上述过滤器的至少一部分放置在上述溶液槽中，上述过滤器用于盛放上
述纳米晶体溶液，放置在上述溶液槽中的上述过滤器的至少部分表面为纳米级的过滤膜；
电极，包括相互隔离设置的正电极与负电极，上述正电极的第一端与上述负电极的第一端
分别设置在上述溶液槽中，且具有上述过滤膜的至少部分上述过滤器设置在上述正电极与
上述负电极之间，上述正电极的第二端用于连接电源的正极，上述负电极的第二端用于连
接电源的负极。
进一步地，上述过滤器的表面包括至少两个相对设置的上述过滤膜，且相对的两
个上述过滤膜分别靠近上述正电极和上述负电极设置，优选上述过滤器为六面体过滤器或
者圆柱体过滤器。
进一步地，上述过滤器具有纳米晶体溶液的入口和与上述入口相适配的密封盖，
上述密封盖可拆卸。
进一步地，上述纳米晶体溶液包括纳米晶体，上述纳米晶体包括量子点、一维纳米
结构、二维纳米结构与三维纳米结构，上述过滤膜的滤孔的孔径小于上述纳米晶体的最小
粒径，或者上述纳米晶体在上述过滤膜的最小投影面积大于上述过滤膜的滤孔的孔面积，
优选上述过滤膜的滤孔的孔径在1～20nm之间。
根据本申请的另一方面，提供了一种纳米晶体溶液的纯化方法，待纯化的纳米晶
体溶液包括纳米晶体与杂质离子，该纯化方法包括：对上述待纯化的纳米晶体溶液施加电
场，使得上述杂质离子定向移动并通过纳米级的过滤膜后，得到纯化后的纳米晶体溶液。
进一步地，上述电场的强度在0.0001～1000V/cm之间。
进一步地，上述纳米晶体溶液包括纳米晶体，上述纳米晶体包括量子点、一维纳米
结构、二维纳米结构与三维纳米结构，上述过滤膜的滤孔的孔径小于上述纳米晶体的最小
粒径，或者上述纳米晶体在上述过滤膜的最小投影面积大于上述过滤膜的滤孔的孔面积，
优选上述过滤膜的滤孔的孔径在1～20nm之间。
根据本申请的另一方面，提供了一种纳米晶体溶液的纯化系统，包括至少一个纯
化装置，上述纯化装置为任一种上述的纯化装置。
进一步地，待纯化的纳米晶体溶液包括纳米晶体与杂质离子，上述纯化装置中的
溶液槽包括第一入口和第一出口，上述纯化系统还包括：第一输入管，与上述第一入口相
连，用于向上述溶液槽输入互溶溶剂，上述互溶溶剂与纳米晶体溶液互溶，优选上述互溶溶
剂与上述纳米晶体溶液中的溶剂种类相同；第一输出管，与上述第一出口相连，用于将上述
溶液槽中的包括上述杂质离子的上述互溶溶剂输出。
进一步地，上述纯化装置中的过滤器包括第二入口和第二出口，上述纯化系统还
包括：第二输入管，与上述第二入口相连，用于向上述过滤器输入待纯化的纳米晶体溶液；
第二输出管，与上述第二出口相连，用于将上述过滤器中的纯化后的纳米晶体溶液输出。
应用本申请的技术方案，过滤器放置在溶液槽中，并且向正、负电极加载电压形成
电场，-杂质离子带电，会在电场的作用下定向移动，同时纳米晶体不带电或所带的电荷在
电场下所产生的电场力不足以使纳米晶体产生较大距离的移动。所以杂质离子最终可以在
电场力的作用下定向通过过滤膜，从而实现对纳米晶体的纯化，并且，由于电场的作用，杂
质离子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正极或者负极移动，实现了较好的纯化效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示
意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的纯化装置的结构示意图；以
及
图2示出了根据本申请的一种典型的实施方式提供的纯化系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、溶液槽；2、过滤器；3、正电极；4、负电极；5、电源；20、过滤膜；01、纳米晶体；02、
杂质离子；11、第一输入管；12、第一输出管；21、第二输入管；22、第二输出管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另
有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的膜分离技术中纳米晶体在分离膜表面会发
生团聚，影响过滤效果，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种纳米晶体溶液的纯化
装置、纯化方法与纯化系统。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种纳米晶体溶液的纯化装置，如图1所
示，该纯化装置中包括溶液槽1、至少一个过滤器2以及电极。其中，上述溶液槽1的内壁绝缘
以保证溶液槽不导电，上述溶液槽1用于盛放互溶溶剂，上述互溶溶剂与纳米晶体溶液互
溶，优选上述互溶溶剂与上述纳米晶体溶液中的溶剂相同；上述各过滤器2的至少一部分放
置在上述溶液槽1中，过滤器2可以固定设置在上述溶液槽1中，上述过滤器2用于盛放纳米
晶体溶液，上述纳米晶体溶液包括纳米晶体01与杂质离子02，上述过滤器2的至少部分表面
为纳米级(孔径小于或等于100nm)的过滤膜，并且该过滤膜设置在溶液槽中，在电极施加电
压时，纳米晶体溶液中的杂质离子可以移动而通过该过滤膜，纳米晶体不带点而不会受到
电场的作用，从而不能通过该过滤膜，这样实现了对纳米晶体溶液中的杂质的过滤；电极包
括相互隔离的正电极3与负电极4，上述正电极3的第一端与上述负电极4的第一端分别设置
在上述溶液槽1中，且具有上述过滤膜的至少部分过滤器2设置在上述正电极3与上述负电
极4之间，上述正电极3的第二端用于连接电源5的正极，上述负电极4的第二端用于连接电
源5的负极。
在上述的纯化装置中，向正、负极电极加载电压，二者之间形成电场，由于杂质离
子带电，会在电场的作用下定向移动，并且通过过滤膜到达正电极或者负电极附近(带正电
的杂质离子达到负电极附近，带负电的杂质离子到达正电极附近)，同时纳米晶体不带电或
所带的电荷在电场下所产生的电场力不足以使纳米晶体产生较大距离的移动。所以杂质离
子最终可以在电场力的作用下定向通过过滤膜，从而实现对纳米晶体的纯化，并且，由于电
场的作用，杂质离子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正电极或者负电极移动，实现了
较好的纯化效果。
上述的过滤器可以是一个也可以是多个，当其为多个时，可以是相互串联的，也可
以是相互并联的，对于在过滤槽中串联的多个过滤器，由于各个过滤器之间可以由管道相
互连通，扩大了过滤器的容量，一般可用来处理较大体积的同一种纳米晶体溶液，对于并联
的多个过滤器，由于彼此之间互不连通，可以用来处理同一种纳米晶体溶液，也可以用来处
理不同种类的纳米晶体溶液，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适数量的过滤器、
合适的过滤膜，并采用合适的连接方式。
本申请中的过滤器的形状并不固定，可以是六面体中的长方体、也可以是正方体
等，也可以是S形(包括一个S形或者多个S形)管状结构，也可以是其他形状，本领域技术人
员可以根据实际情况选择合适形状的过滤器。
本申请中的过滤器中的过滤膜可以是过滤器的一个表面或者是多个表面，可以是
一个表面的部分，或者多个表面中的每个表面的部分。当纳米晶体溶液中仅有一种导电类
型的杂质离子时，可以将部分表面设置为过滤膜，且该部分过滤膜设置在一个电极(导电类
型与该杂质离子的导线类型相反)的远离溶液槽侧壁的一侧；当纳米晶体溶液包括多种不
同的导电类型的杂质离子时，可以将多个表面部分设置为过滤膜，且这些过滤膜中有一部
分设置在正极的远离溶液槽的侧壁的一侧，另一部分设置在负极的远离溶液槽的侧壁的一
侧，这样就可以使得多种杂质离子通过过滤膜到达溶液槽中，实现纳米晶体溶液的纯化。本
领域技术人员可以根据具体的情况在合适的位置设置合适的过滤膜。
本申请的溶液槽中的互溶溶剂可以是导电的溶剂，也可以是不导电的溶剂，该互
溶溶剂与溶解纳米晶体溶液互溶，更优选的，该互溶溶剂与纳米晶体溶剂中的溶剂种类相
同。
溶液槽中的互溶溶剂和纳米晶体溶液中的溶剂可以独立地选自乙酸、丙酮、乙腈、
苯、正丁醇、四氯化碳、氯仿、环己烷、环戊烷、二氯乙烷、二氯甲烷、DMF、DMSO、二氯六环、乙
酸乙酯、乙醇、乙醚、正庚烷、正己烷、甲醇、异辛烷、戊烷、异丙醇、二丙醇、四氯乙烷、四氢呋
喃、甲苯与三氯乙烷与水中的任一种或多种。但并不限于上述的溶剂，本领域技术人员可以
根据实际情况选择合适的溶剂。
本申请中的纳米晶体溶液包括纳米晶体、杂质离子与溶剂，其中溶剂是水、醇或其
他油性溶剂。其中，纳米晶体的粒径范围是2～500nm。
在上述实施例中，上述过滤器的表面包括至少两个相对设置的上述过滤膜，且相
对的两个上述过滤膜分别靠近上述正电极和上述负电极设置。
本申请的一种实施例中，如图1所示，上述过滤器2为六面体过滤器，上述过滤器2
的至少两个相对的侧面为过滤膜20，且上述正电极3与上述负电极4分别设置在上述过滤器
2的相对的两侧，且相对的两个上述过滤膜20分别靠近上述正电极3和上述负电极4设置，且
均设置在一个上述过滤膜与上述溶液槽的一个侧壁之间。这样，就能使得纳米晶体溶液中
的正离子与负离子均发生定向移动，且均通过对应的过滤膜到达对应的电极附近，进而更
好地实现了对纳米晶体溶液的纯化。
本申请的另一种实施例中，如图2所示，上述过滤器为圆柱体过滤器，上述过滤器2
的侧面包括至少两个相对设置的上述过滤膜20，且相对的两个上述过滤膜20分别靠近上述
正电极3和上述负电极4设置。
本申请的另一种实施例中，上述过滤器2为可开合的过滤器，即过滤器2具有纳米
晶体溶液入口和与上述入口相适配的密封盖，上述密封盖可拆卸。当其为合的状态时，上述
过滤器2的全部表面形成一个内置腔体。也就是说，除了过滤膜的孔，该过滤器与溶液槽之
间不存在其他的连通的孔或者开口，这样，当溶液槽中的溶液浸没过滤器时，防止溶液槽中
的溶剂进入过滤器中，进而能更好地对纳米晶体溶液进行纯化。
为了防止纳米晶体经过过滤膜到达溶液槽中的溶剂中，本申请的一种实施例中，
上述纳米晶体包括零维纳米结构(量子点)、一维纳米结构(棒状、线状)、二维纳米结构(片
状)和三维纳米结构(球状、多面体状)，上述过滤膜的孔径小于上述纳米晶体的最小粒径，
或者上述纳米晶体在上述过滤膜的最小投影面积大于上述过滤膜的孔面积，优选上述过滤
膜的滤孔的孔径在1～20nm之间。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适孔径的过滤
膜，但是最好选择其孔径小于纳米晶体的孔径，保证纳米晶体溶液中纳米晶体的纯度。
具体地，各上述纳米级过滤膜可以是反渗透膜，也可以是超滤膜，反渗透膜的滤孔
的孔径在1～10nm之间，超滤膜的滤孔的孔径在1～20nm之间，本领域技术人员可以根据实
际情况选择合适的过滤膜。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种纳米晶体溶液的纯化方法，待纯
化的纳米晶体溶液包括纳米晶体与杂质离子，该纯化方法包括：对上述纳米晶体溶液施加
电场，使得上述杂质离子定向移动并通过纳米级的过滤膜以脱离上述纳米晶体溶液(该纳
米晶体溶液在溶液槽中)，进而得到纯化后的纳米晶体溶液。
上述的纯化方法通过加电压的方式，使得纳米晶体溶液中的杂质离子定向移动，
并通过过滤膜，脱除纳米晶体溶液，使得纳米晶体溶液中的杂质离子减少进而纳米晶体溶
液得到纯化，并且，由于电场的作用，杂质离子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正极
或者负极移动，实现了较好的纯化效果。为了更好地控制杂质离子的定向移动，本申请的一
种实施例中，上述电场的强度在0.0001～1000V/cm之间。
上述过滤膜为纳米级过滤膜，上述纳米晶体溶液包括纳米晶体，该纳米晶体指纳
米尺寸上和/或微纳尺寸上的晶体材料，或具有晶体结构的纳米颗粒，如一些在某一维度具
有几百纳米的尺寸的晶体材料，优选上述纳米晶体包括零维纳米结构(量子点)、一维纳米
结构(棒状、线状)、二维纳米结构(片状)和三维纳米结构(球状、多面体状)，上述过滤膜的
滤孔的孔径小于上述纳米晶体的最小粒径，或者上述纳米晶体在上述过滤膜的最小投影面
积大于上述过滤膜的滤孔的孔面积，优选上述过滤膜的滤孔的孔径在1～20nm之间，这样可
进一步防止纳米晶体经过过滤膜脱离过滤器中的纳米晶体溶液，保证了纳米晶体溶液中的
纳米晶体含量较多。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适孔径的过滤膜，但是最好
选择其孔径小于纳米晶体的孔径，保证纳米晶体溶液中纳米晶体的纯度。
在一个可选的实施例中，上述纯化方法还可以包括，对用于施加电场的电极进行
清洗，可以用能够溶解杂质离子的溶剂对电极进行清洗，以清除电极表面吸附的杂质离子
等物质，使电极可以正常对待纯化晶体溶液施加电场。
本申请中的再一种典型的实施方式中，提供了一种纳米晶体溶液的纯化系统，如
图2所示，该纯化系统包括至少一个纯化装置，上述纯化装置为上述的任一个实施例中的纯
化装置。
该纯化系统包括上述的纯化装置，该纯化装置能够将纳米晶体溶液中的杂质离子
去除，使得纳米晶体溶液中的杂质离子减少进而纯化，并且，由于电场的作用，杂质离子不
会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正电极或者负电极移动，实现了较好的纯化效果。
本申请中的纯化系统可以包括一个纯化装置，也可以包括多个纯化装置，当包括
多个纯化装置时，可以采用并联的方式连接，也可以采用串联的方式连接，本领域技术人员
可以根据实际情况设置合适数量的纯化装置并且采用合适的连接方式。
为了实现过滤器能够快速地注入要过滤的纳米晶体溶液，且使得溶液槽能够快速
地注入溶剂，本申请的一种实施例中，上述纯化装置中的过滤器2包括第二入口和第二出
口，上述纯化系统中还包括第二输入管21与第二输出管22，其中，第二输入管21与第二入口
的相连，用于向上述过滤器输入纳米晶体溶液；第二输出管22与上述第二出口相连，用于将
上述过滤器中的纯化后的纳米晶体溶液输出。
本申请的又一种实施例中，待纯化的纳米晶体溶液包括纳米晶体与杂质离子，上
述纯化装置中的溶液槽1包括第一入口和第一出口，上述纯化系统还包括第一输入管11与
第一输出管12，其中，第一输入管11与上述第一入口相连，用于向上述溶液槽输入互溶溶
剂，上述互溶溶剂与纳米晶体溶液互溶，优选上述互溶溶剂与上述纳米晶体溶液中的溶剂
种类相同；第一输出管12与上述第一出口相连，用于将上述溶液槽中的包括上述杂质离子
的上述互溶溶剂输出。
如图2所示，该纯化系统包括一个纯化装置，第二输入管21将待纯化处理的纳米晶
体溶液输入到过滤器2中，然后纳米晶体溶液流经过滤器的过滤膜20，在正电极3和负电极4
产生的电场作用下，纳米晶体溶液中的带电的杂质离子02受到电场力的作用，向正电极3和
负电极4的方向移动，通过过滤器的过滤膜20进入到溶液槽中的溶剂中，而纳米晶体01呈电
中性，不受电场的作用，所以纳米晶体经过电场之后得到纯化，纯化后的纳米晶体溶液经过
第二输出管22输出到过滤器2外部，可以收集在容器中备用。该纯化系统的纯化装置还包括
第一输入管11和第一输出管12，其分别与溶液槽1的进口和出口连接，互溶溶剂可以通过第
一输入管11注入到溶液槽中，然后携带上述的杂质离子，经第一输出管12流出溶液槽1。
通过上述实施例，可以通过设置第一输入管和第一输出管来实时更换待处理的纳
米晶体溶液，有利于纳米晶体溶液的批量处理，增加了纯化系统的处理效率，并且通过设置
第一输入管和第一输出管，可以将经纯化处理后的含有杂质离子的溶剂从溶液槽中排出，
并实时更换新的溶液，提高了杂质离子的去除速度，有效防止杂质离子对溶液槽内的溶剂
以及电极的污染。
具体地，在实际的纯化系统中，可以在第一输入管与第二输入管上设置开关阀，通
过控制开关阀的打开与关闭来实现向过滤器或溶液槽中注入或不注入对应的液体。
同样地，可以在第一输出管与第二输出管上设置开关阀，通过控制开关阀的打开
与关闭来实现将过滤器中或溶液槽中的液体输出。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具
体的实施例与对比例说明。
实施例1
纯化装置的具体结构如图1所示，其中，溶液槽中盛放的溶剂是正辛烷，纳米晶体
溶液包括CdSe/ZnS核壳结构纳米晶体、正辛烷溶剂以及杂质离子，杂质离子包括Cd离子与
Zn离子，纳米晶体的粒径为15nm。过滤膜为反渗透膜，其滤孔的孔径为10nm。
向该纯化装置的正负极加载电压，使得电场的强度为1000V/cm。纳米晶体溶液中
的杂质离子向正电极或者负电极附近移动。
实施例2
与实施例1的区别在于，电场强度为0.0001V/cm，过滤膜为超滤膜，其滤孔的孔径
为1nm。
实施例3
与实施例1的区别在于，电场强度为50V/m，过滤膜为滤孔的孔径为20nm的膜。
实施例4
与实施例1的区别在于，电场强度为5V。
对比例
与实施例1的区别是，纯化装置中不包括正极与负极。
对上述各个实施例和对比例的过滤器中的纳米晶体溶液进行电导率的测量，具体
的测试结果见表1。
表1
由上述表1的测试结果可知，与对比例相比，本申请的实施例的纯化后纳米晶体溶
液电导率均较小，这表明纯化后的纳米晶体溶液中的杂质离子较少，各个实施例均实现了
较好的纯化效果；与实施例1相比，实施例4的电场强度较小，进而使得纯化后的纳米晶体溶
液中的杂质离子相对较多，进而其的电导率相对较大。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请中的纯化装置，当向正、负极电极加载电压时，二者之间形成电场，杂质
离子由于带电，在电场的作用下，定向移动，并且通过过滤膜到达正电极或者负电极附近
(正离子达到负极附近，负离子到达正极附近)，同时纳米晶体不带电或所带的电荷在电场
下所产生的电场力不足以使纳米晶体产生较大距离的移动。所以杂质离子最终可以在电场
力的作用下定向通过过滤膜，从而实现对纳米晶体的纯化，并且，由于电场的作用，杂质离
子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正极或者负极移动，实现了较好的纯化效果。
2)、本申请中的纯化方法通过加电压的方式，使得纳米晶体溶液中的杂质离子定
向移动，并通过过滤膜，脱除过滤器中的纳米晶体溶液，使得纳米晶体溶液中的杂质离子减
少进而纯化，并且，由于电场的作用，杂质离子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正极
或者负极移动，实现了较好的纯化效果。
3)、本申请中的纯化系统包括上述的纯化装置，该纯化装置能够将纳米晶体溶液
中的杂质离子去除，使得纳米晶体溶液中的杂质离子减少进而纯化，并且，由于电场的作
用，杂质离子不会在过滤膜附近团聚，而会不断地向正极或者负极移动，实现了较好的纯化
效果。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技
术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。