[发明专利]一种MXene复合膜的制备方法、产品及应用

说明书

本发明公开了一种MXene复合膜的制备方法、产品及应用，属于水处理技术领域，所述方法包括以下步骤：对MXene纳米片溶液进行加热，之后加入碱，继续加热，反应结束后离心，向所得固体中加水得到铸膜液，采用滤膜对所述铸膜液真空过滤得到MXene复合膜；本发明制备得到的MXene复合膜的纯水通量远大于纯MXene膜，随着碱浓度的提高，通量呈递增趋势；且对于水中的小分子染料的去除率高达95％以上；本发明的制备方法简单易操作且易于规模化使用，利于推广。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种MXene复合膜的制备方法、产品及应用。

背景技术

全球水资源的水质和水量日益恶化，膜技术越来越受到人们的关注。在水处理方面，主要使用的膜技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)以及正渗透(FO)，这些膜绝大部分是采用有机高分子聚合物制备，但这些膜在水处理领域仍面临着一些问题和挑战，比如污染物截留率低、膜机械性能差、能耗高等。MXene作为一种新型的二维材料，由于其特殊的分子结构而具备优越的成膜性能，在膜材料领域具有潜在的应用。但纯MXene膜的水通道较少，导致纯水通量小，因此需要寻找新的制备方法来提高MXene膜的通量。

发明内容

本发明提供了一种MXene复合膜的制备方法、产品及应用，针对现有MXene膜通量小的问题，提出了一种用碱氧化MXene来制备具有高通量和高截留率的MXene复合膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种MXene复合膜的制备方法，包括以下步骤：对MXene纳米片溶液进行加热，之后加入碱，继续加热，反应结束后离心，向所得固体中加水得到铸膜液，采用滤膜对所述铸膜液真空过滤得到MXene复合膜。

优选的，所述MXene纳米片溶液的浓度为0.1～0.5g/L。

优选的，所述碱为氢氧化钾，所述MXene纳米片溶液中碱的浓度为1～5mol/L。

优选的，所述加热温度均为45～55℃，时间均为0.5～1.5h。

本发明在碱氧化前对MXene纳米片溶液进行加热，使得没有完全剥离的MXene纳米片进一步充分剥离、分散均匀，使后续碱氧化处理效果更佳。

优选的，所述离心后还包括对所得固体洗涤至中性的操作。

优选的，所述铸膜液中的固含量为45～60mg/L，所述滤膜为微滤膜，所述铸膜液的用量为(18～30)mL/cm²滤膜。

优选的，所述MXene纳米片溶液的制备方法为：将Ti₃AlC₂加入到HCl和LiF的混合溶液中反应、离心、洗涤，向所得固体中加水并超声获得单层MXene纳米片，加水配置成溶液。

优选的，所述Ti₃AlC₂为500目的Ti₃AlC₂粉末；所述Ti₃AlC₂与HCl和LiF的质量比为1∶(5-8)∶1；所述反应温度为40～50℃，时间为45～55h。

优选的，所述超声在氮气氛围、冰浴中进行，时间为4h。

本发明还提供了一种根据上述制备方法制备得到的MXene复合膜。

本发明同时提供了上述MXene复合膜在水处理中的应用，尤其是在染料废水处理中的应用。

MXene纳米片被碱氧化后产生团聚，抽滤时会先沉降到基底膜上，未被氧化的MXene纳米片会后续覆盖表面的非选择性缺陷，从而使通量增大的同时保证一定的截留率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：