[发明专利]一种用于光热脱盐的MXene纳米线复合电纺纤维膜

说明书

一种用于光热脱盐的MXene纳米线复合电纺纤维膜，其制备方法包括如下步骤：1)取MAX原材料，在HF溶液中处理得到MXene材料；2)以超临界溶剂法制备MXene纳米线，并经反复球磨形成MXene纳米线；3)将得到的MXene纳米线浸泡在聚四氟乙烯的全氟烷烃溶液中，高速剪切分散得纺丝溶液；4)将所述纺丝溶液注入到电纺丝装置中，进行多喷头静电纺丝，在接收装置上得到MXene纳米线复合纳米纤维膜。所制备的复合纳米纤维膜材料具有形貌完整、纤维长径比高、红外吸收能力好、脱盐效率高等特点，可广泛用于工业废水、高盐水与海水淡化及重金属离子污染地表水净化等领域。

技术领域

本发明涉及一种用来光热脱盐的MXene纳米线复合电纺纤维膜及其制备方法，该纤维膜材料可用于工业废水、高盐水与海水淡化及重金属污染的地表水修复等方面，属水处理技术领域。

背景技术

含盐水是指总含盐，包括如Na⁺、K⁺、C1^-、SO₄^2-等离子的质量分数大于1％的工农业废水、污水、苦咸水及海水等。含盐水的来源广泛，比如在印染工业中，精炼、漂白的工序中需要投加大量的氢氧化钠、次氯酸及其他的碱性物质；在化工生产中，使用大量的无机盐应用于工序中，也会产生大量高含盐废水；部分地区由于水土流失和工业矿渣的淋洗也可能导致当含盐废水渗流入土壤系统中时。含盐组分会导致土壤中的动植物因脱水而死亡，严重破坏土壤生态系统，因此含盐水的脱盐处理对于维护生态系统安全、维护环境监控至关重要。

含盐水的脱盐处理技术已经成为目前水处理领域研究的热点之一。目前工业上应用的脱盐技术主要包括多级闪蒸、多效蒸发、反渗透和机械蒸汽压缩等高耗能技术。多级闪蒸是通过真空化闪蒸使得含盐水不断蒸发，同时回收蒸发潜热来加热原料液；多效蒸发是指在蒸发器中蒸汽与盐水热交换后，冷凝成淡水，同时盐水吸收冷凝潜热后温度升高，在换热管外壁不断蒸发，生成二次蒸汽，然后将二次蒸汽进入第二效蒸发器；反渗透处理则是基于反渗透膜分离原理，在高压作用下截留浓水中的盐分生成纯水；机械蒸气压缩是将蒸发产生的二次蒸汽经过压缩，提高蒸汽的潜热使蒸汽潜热充分利用的一种改进技术。现有技术存在产水率低(60％)，能耗高、处理费用居高不下，装置内结垢(或膜污染)和腐蚀严重，对预处理要求严格等缺陷。

膜蒸馏是传统蒸馏工艺与膜分离技术相结合的一种新型脱盐处理技术，其基本原理是将含盐溶液加热，使热侧液体的水蒸发汽化，并穿透疏水膜的微孔，同时将液相中不挥发的盐分和离子等溶质截留在疏水膜外，从而实现含盐水的浓缩、分离和以及制备净化水之目的。相对于其它的分离过程，膜蒸馏具有操作温度低，操作压力低，无蒸发器腐蚀问题，占地面积小，造价低，非挥发性溶质截留率高等优点。

尽管存在上述优点，但膜蒸馏技术尚未实现大规模商业化，这是由于现有的膜蒸馏工艺需要高热能消耗用于将进水加热到较高的温度以推动膜蒸馏传质过程，如果采用电能等进行加热势必导致能耗较高。因此，利用清洁廉价的太阳能作为热源成为膜蒸馏技术重要的工艺选择。然而，因为水对太阳光能的吸收能力较差，以太阳光直接加热水的效率较低。而安装太阳能集热器和热交换器必然会增加膜蒸馏系统的复杂性，不利于工程化开展。因此，对于光热膜蒸馏系统还需要调整光吸收途径以提高光能利用效率和热转化效率。

本发明的新型膜材料具有较强的太阳光吸收能力，在提供膜蒸馏传质能力的同时，具有显著的集热效果，能富集太阳光能并转化为热能，在膜表面产生高温，以在不使用电或其他热能转化设备(如热交换器、热泵和太阳能集热器)的情况下驱动膜蒸馏过程。此外，由于进料可以仅在膜表面进行加热，在盐水中的余热最少。本发明的特点在于可以最大化日吸光率和光-热转化、以及降低盐水排放的余热损失，大幅改进了现有膜蒸馏工艺的能效。

发明内容

本发明是鉴于现有光热膜蒸馏技术中存在的问题而做出的，本发明的目的在于提供一种用于光热脱盐的MXene纳米线复合电纺纤维膜，本发明的另一目的是提供这种复合纳米纤维膜的制备方法。