[发明专利]一种基于MXene的复合纳滤膜及其制备方法

说明书

本发明属于膜分离技术领域，提供了一种基于MXene的复合纳滤膜及其制备方法。所述的电复合纳滤膜为平板膜，包括支撑层和分离功能层，支撑层位于分离功能层下方；所述的分离功能层为由MXene和交联剂形成的超薄致密膜，超薄致密膜厚度为50微米以内。本发明所制备的复合纳滤膜是一种平板膜。由于其功能层中制备过程中采用了一种新颖的MXene材料，使得制备的复合膜具有良好的分离性能、耐热性能和化学稳定性，拓宽了其使用范围，可以应用于含有重金属离子废水的处理，含有机溶剂的废水以及其他具有较强氧化性的废水的处理。

技术领域

本发明属于膜分离技术领域，尤其涉及一种适用于海水淡化、苦咸水脱盐、含有机溶剂废水和重金属离子脱除的复合分离膜。

背景技术

纳滤膜技术是一种节能环保的新型分离技术，其中荷正电纳滤膜由于更适用于重金属离子脱除、高价无机盐分离和良好的抗污染和抗菌性能而得到了广泛的研究。MXene是一种由三元层状碳化物(代表性的有Ti₃AlC₂)，经氢氟酸剥离得到的一种新型的二维碳化物晶体Ti₃C₂Tx(T代表‐F和‐OH等官能团)。为了强调它们是由MAX相剥离而来，并具有与石墨烯(Graphene)类似的二维结构，将它们统一命名MXene。该材料成膜性能良好，且具有显著的热稳定性、化学稳定性，是一种独特的分离膜材料。将其在支撑体上制备MXene分离膜可以获得高性能的复合分离膜，并可以用于高温、强酸碱、强氧化等水处理领域。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种易于制备的以MXene为分离材料的复合膜。以商品化的高分子如聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素等采用相转化法制备复合膜的支撑层，或是以烧结法制备的多孔陶瓷膜、多孔玻璃膜、多孔不锈钢膜等为支撑层，以MXene为分离层膜材料，在支撑膜上采用浸涂法获得复合纳滤膜。并通过高温交联处理得到了复合纳滤膜。本发明有助于大大简化纳滤和反渗透制备步骤，同时提高复合膜的使用稳定性，从而有助于实现特殊分离场合的规模化应用。

本发明的技术方案：

一种基于MXene的复合纳滤膜，所述的复合纳滤膜为平板膜，包括支撑层和分离功能层，支撑层位于分离功能层下方；

所述的分离功能层为由MXene和交联剂形成的超薄致密膜，超薄致密膜厚度为50微米以内；

所使用的交联剂为戊二醛、环氧氯丙烷、环氧丙基三甲基氯化铵、均苯三甲酰氯、邻苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯或己二酰氯；

所述的支撑层为由纤维素系列衍生物、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺和聚醚酰亚胺中的一种或两种以上混合形成的，其厚度为50～500μm，孔径为0～100nm。

所述的超薄致密膜中还包括无机纳米添加剂和/或有机添加剂。

所述的无机纳米添加剂为纳米氧化硅、氧化铝、氧化钛、四氧化三铁、镧锶钴铁、分子筛、石墨烯、无机盐中的一种或两种以上混合；所述的有机添加剂为壳聚糖季铵盐、纤维素季铵盐、醋酸纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯、聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酸钠中的一种或两种以上混合。

所述的支撑层由高分子支撑膜或无机多孔膜替换。

一种所述的基于MXene的复合纳滤膜的制备方法，步骤如下：

(1)制备分离功能层所用的MXene材料

将碳钛化铝缓慢加入到质量百分比浓度为50％HF的水溶液中，快速搅拌，经过12小时，得到分散液A；其中，碳钛化铝的质量百分百浓度为5-20wt％；将制备的分散液A进行离心分离、洗涤、过滤、烘干，得到MXene材料；