[发明专利]高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法,所述复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构。本发明制备方法包括前驱体合成与预处理、纳米纤维自聚合组装、均相沉积制膜三个步骤。本发明为解决现有的二维金属碳化物或氮化物MXene的二维横向结构易碎、易堆叠且透水性差，回收率低的问题，制备的碳化钛复合膜具有透水性高、截留能力大、稳定性强和可降解的特点，制备方法成本低、污染小，易于规模化推广应用。

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法。

背景技术

膜分离是一种清洁高效，低能耗和易于操作的水处理技术，其在废水的脱盐、重金属脱除、资源化过程均受到研究者的广泛关注。常见的分离膜包括压力驱动膜(如超滤，纳滤，反渗透)，电驱动膜(电渗析，膜电解)和新型合成纳米杂化膜。新型纳米杂化膜根据其不同合成制备方式可实现膜的优良性能的差异化，达到光电催化氧化、选择性吸附和分子筛的目的，各种不同的性能是研究热点。但是，新型纳米杂化膜结构的构建以及膜性能(如：透水性、拦截效率和分离选择性)的提升优化研究仍然是具有挑战性的难题。近年来，已经使用各种修饰方法来增强纳米混合膜的性能，大力致力于提高其渗透性，选择性和催化性能。

然而，优化纳米混合膜的微观结构以实现优异的催化和拦截性能仍然是一个挑战。Ti₃C₂T_x-MXene是一种新型的具有石墨烯状结构的二维片材，是一种极好的薄膜前体。由于其优异的电导率，亲水性和光催化作用，MXene在催化和电容器领域已得到广泛研究。但是，Ti₃C₂T_x的二维横向结构易碎，易堆叠且渗透性差，这限制了其在水处理中的应用。为了解决这个问题，研究人员采用了纳米骨架结构来支撑MXene，以提高其渗透性等。以碳纳米管(CNTs)为骨架，支撑MXene，以提高从水中的金的回收率。该方法将MXene的渗透性提高了200倍，但此法的大规模使用受到碳纳米管的昂贵性的限制。碳纳米管骨架昂贵，制备困难，且表面基团较少，且仍存在MXene塌陷造成膜的稳定性和透水性下降的可能。

因此，亟需开发一种新型高效的MXene纳米杂化膜以解决现有技术中存在的膜性能(透水性、稳定性、拦截效率和分离选择性)差的问题，为重金属有机废水处理尤其去除废水中铍及其络合物提供一条新途径。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料(MXene/nZVI@FH复合膜)及其制备方法，解决了现有的二维金属碳化物或氮化物MXene的二维横向结构易碎、易堆叠且透水性差，回收率低的问题，制备的高透水性碳化钛复合膜具有透水性高、截留能力大、稳定性强和可降解的特点，制备工艺成本低、污染小，易于规模化推广应用。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，所述高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，所述纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构。