[发明专利]改性Nb2

说明书

本发明公开了一种改性Nb₂CT_x纳米片膜及其制备方法，其制备方法包括，将改性剂加入到Nb₂CT_xMXene悬浮液中超声混合，随后通过真空抽滤将其均匀分布在聚偏二氟乙烯薄膜表面形成改性Nb₂CT_x薄层，干燥后与聚偏二氟乙烯分离即可，改性剂为可提供羟基和/或羧基的功能性有机物。本发明讨论了离子输运行为的基本概念和用于离子选择性分离的二维纳米片表面修饰的方法，混合羧基和羟基修饰表面为离子选择膜的设计带来新思路，对溶剂化离子在纳米受限二维通道中传输的认知更进一步，并探索了其潜在应用；本发明与传统的尺寸排阻机制和2D材料基膜的低选择性认知不同，揭示了高离子浓度下膜基质内相互连接的离子水网络。

技术领域

本发明属于功能性膜分离技术领域，更具体地，涉及一种改性Nb₂CT_x纳米片膜及其制备方法。

背景技术

由于对淡水需求的不断增加，海水淡化、净化和通过功能膜的离子传输引起了广泛关注，该功能膜具有由2D纳米片形成的控制良好的纳米受限通道。海水(盐水)中除了水之外，还存在许多其他成分，如锂盐和镁盐，且锂盐和镁盐是能源相关应用中的宝贵资源。

然而，从海水中提取的锂盐和镁盐由于其化学和物理性质的相似性而难以分离，因此限制了它们的综合利用。由2D纳米片形成的层状膜已被证明对多种独立盐溶液具有高截留率或水渗透率，但由于在水中溶胀而导致选择性差。

因此，为了有效且环保地利用海水(盐水)来源的锂盐和镁盐，开发具有高离子选择性的低成本膜，了解表面改性2D纳米片形成的纳米受限膜通道内可能的分离机理是非常必要的。

为了在不影响良好分离性能的情况下开发2D膜，了解受限纳米通道内的离子传输现象具有重要意义，这一点很少有报道。此外，已有大量研究报告揭示了受限毛细管纳米通道内的水渗透活性，但表面修饰2D纳米片形成的互连纳米通道与纳米通道内渗透物之间的关系仍不清楚。最新研究表明，膜分离性能的可能机制主要是尺寸排斥。因此，设计高离子选择性2D基膜的一个关键科学挑战是了解离子传输现象和水渗透活性与功能化2D纳米片构建的膜的可控孔结构和功能性的关系。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供一种在受限空间下功能化层状二维纳米片膜结构的设计方法，并在此基础上证实离子-水簇和动态离子-水交换过程之间的协同效应，从而实现选择性渗透，具体提供了一种改性Nb₂CT_x纳米片膜及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种改性Nb₂CT_x纳米片膜的制备方法，具体包括：

将改性剂加入到Nb₂CT_x MXene悬浮液中超声混合，随后通过真空抽滤将其均匀分布在聚偏二氟乙烯薄膜表面形成改性Nb₂CT_x薄层，干燥后与聚偏二氟乙烯薄膜分离，即可。

详细地，在上述技术方案中，所述改性剂为可提供羟基和/或羧基的功能性有机物。

在上述技术方案中，所述改性剂与Nb₂CT_x MXene的加入量之比为1∶1，即所述改性剂的加入量为1mg/ml。

在上述技术方案中，所述Nb₂CT_x MXene悬浮液的浓度为0.5-12mg/mL。

在上述技术方案中，所述聚偏二氟乙烯薄膜的孔径为0.22μm。

在上述技术方案中，所述真空抽滤的压力为0.5-1.0bar。