[发明专利]一种MXene基三维多孔柔性自支撑膜及其制备方法与在电化学吸附染料中的应用

说明书

一种MXene基三维多孔柔性自支撑膜及其制备方法与在电化学吸附染料中的应用。本发明提供了一种MXene基三维多孔柔性自支撑膜及其制备方法与应用，该自支撑膜的制备方法，包括步骤如下：将MXene纳米片悬浮液、聚苯乙烯微球悬浮液与单壁碳纳米管悬浮液混合搅拌均匀，将所得混合液进行超声处理，之后通过真空抽滤，得到MXene/PS/SWCNTs复合膜，之后去除聚苯乙烯微球模板，即可得到MXene基三维多孔柔性自支撑膜。本发明所得自支撑膜具有较大的孔体积，较高的比表面积，暴露出更多的活性位点。将上述制备得到的自支撑膜用于电化学吸附去除染料，具有除效率高、易于回收利用、成本低、易于控制等优点。

技术领域

本发明涉及一种MXene基三维多孔柔性自支撑膜及其制备方法与在电化学吸附染料中的应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

MXenes是一种新型二维过渡金属氮化物、碳化物或者碳氮化物。MXenes的制备主要是通过氢氟酸(HF)，或盐酸(HCl)和氟化锂(LiF)混合溶液刻蚀三元层状过渡金属碳化物MAX相中的“A”层而产生，其中“M”代表过渡金属，如(Ti，V，Sc，Cr，Zr等)；“A”代表Al，Sn等；X为C或者N。MXenes化学通式为M_n+1X_nT_x，其中n为1-3的自然常数，T_x为表面官能团(如O、OH、F、NH₃、NH₄等)。由于其独特的结构，MXenes具有较高的电导率，较好的亲水性、优异的化学稳定性和机械稳定性，使其能广泛应用于能源储存、催化、电磁屏蔽、传感和水处理等方面。

类似于众多的2D材料，MXenes纳米片之间由于较强的范德华力和氢键作用使其容易团聚，这将使其比表面积大大降低，从而限制其性能。因此，制备高性能的MXene膜仍是一个挑战。

由于化学试剂在工业中的大量使用，环境污染日益严重。其中有机染料在食品、纺织、印刷、造纸、皮革等行业中使用广泛，造成严重的水污染问题，尤其是亚甲基蓝(MB)因其有毒性，致癌性和不可生物降解性，成为水体污染中主要的污染物。目前常用的去除方式是通过吸附去除，但是目前报道的有机染料吸附剂存在吸附效率低、难以回收等问题。因此，必须设计出一种具备去除效率高、易于回收利用、成本低、易于控制等优点的染料吸附剂以及染料去除方式。

碳纳米管是一种一维碳纳米材料，重量轻，具有极高的强度和韧性以及优异的力学、电化学性能，但其存在着易团聚，难分散的缺点。将碳纳米管引入复合材料中，能显著提高复合材料的化学性能，在复合材料领域有着巨大的应用潜力。因此，将碳纳米管引入MXene层间，可提高MXene材料的性能。例如，中国专利文件CN109569317A提供了一种MXene纳滤膜的制备方法，采用氢氟酸胺刻蚀一系列MAX材料，得到所需的MXene块状材料，通过水汽剥离的方法将大块的MXene分解成小的纳米片，之后采用溶液插层法将细小的单壁碳纳米管嵌入MXene纳米片层中，然后通过真空抽滤的手段制备出新型的MXene纳滤膜，但是该MXene纳滤膜孔径比较小，比表面积低，吸附性能比较低。中国专利文件CN110316719A提供一种MXene/氮掺杂碳纳米管复合薄膜及其制备方法，该制备方法，包括以下步骤：将MXene溶液和氮掺杂碳纳米管溶液混合后，搅拌一段时间，然后，抽滤，自然风干，得到MXene/氮掺杂碳纳米管复合薄膜，但是上述复合薄膜同样存在孔径比较小，比表面积低，吸附性能比较低的缺点。

因此，制备一种具有优异的导电性、亲水性、较大的孔体积，较高的比表面积和更多的活性位点的MXene基三维多孔柔性自支撑膜，并开发一种使用上述自支撑膜来高效去除染料的方法，具有重要的意义。

发明内容