[發明專利]一種疏水多孔MXene膜及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202110191058.9
• 申請日: 2021-02-20
• 公開（公告）號: CN112973476B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張立志;張桃;董傳帥
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發明公開了一種疏水多孔MXene膜及其制備方法與應用。制備方法包括：(1)用LiF和HCl混合溶液刻蝕三維層狀MAX，洗滌后加水超聲分散，獲得二維層狀MXene懸浮液；(2)低表面能的物質配制成水解溶液與步驟(1)所述的二維層狀MXene懸浮液混合發生水解反應；(3)在多孔基底膜上真空過濾步驟(2)所得改性的MXene溶液，真空干燥制得疏水多孔MXene膜。所制備的膜具有多孔的MXene層，較大的層間距和堆疊產生的間隙，為水分子的傳遞提供了多個通道。本申請制備方法簡單，條件溫和，易于操作，環境友好；所制得的膜耐酸耐堿，柔韌性好；將其用于水處理，具有優異的耐久性和有競爭力的通量。

技術領域

本發明屬于膜分離技術領域，具體涉及一種疏水多孔MXene膜及其制備方法與應用。

背景技術

淡水短缺對全球經濟，社會穩定和生態系統平衡產生越來越大的影響，這促使各國和地區尋找新的水源來補充日益減少的水資源。海水淡化有望減輕這一問題。膜分離技術由于其效率高，適應性強，能耗低，操作簡便和環境友好等優勢引起了人們的關注。由可再生能源驅動的基于膜的加濕-減濕(MHDD)脫鹽技術，由于其高的排鹽率，優異的防污性能和耐受高鹽度水的能力，已發展成為一種有前景的、低成本的、綠色的海水脫鹽工藝。但是，膜易污染和易潤濕是阻礙該技術實際應用的關鍵問題。因此，膜疏水改性對于提高耐潤濕性和耐久性至關重要。目前，主要通過增加表面粗糙度和降低膜的表面能來制備疏水表面。然而，在膜表面上添加具有低表面能的物質可能導致傳質阻力的增加，從而降低膜的滲透性。因此,需要高耐用性和高滲透性的材料來解決當前膜技術的局限性。

近年來,新興的二維材料，例如石墨烯，石墨氮化碳和氧化石墨烯(GO)，由于其具有可調的分子篩分通道，化學穩定性好易于改性的特點，已經引起了廣泛的關注。在這些材料中，石墨烯基材料在海水淡化中的研究最多。然而，其較低的滲透通量限制了其應用。最近，一種新的二維材料，過渡金屬碳化物，碳氮化物和氮化物(MXenes)由于具有強抗菌性，防污能力,表面成孔,豐富的表面官能團被廣泛應用于水處理。最重要的是，研究發現，MXene納米層膜的透水性是相近厚度的GO膜的透水性的6倍。MXene作為涂層沉積在PVDF膜表面也曾用于太陽能輔助的膜蒸餾(Tan,Y.Z.,Wang,H.,Han,L.,Tanis-Kanbur,M.B.,Pranav,M.V.,Chew,J.W.,2018. Photothermal-enhanced and fouling-resistantmembrane for solar-assisted membrane distillation.J. Membr.Sci.565,254-265.)，其中MXenes作為涂層具有防污功能，可以提高膜的耐久性，但通量減少超過50％。因此，避免產水量的損失將成為研究的重點。

發明內容

為了解決當前膜海水淡化所面臨的耐久性問題，本發明的目的在于提供一種疏水多孔MXene膜的制備方法。本發明制備的疏水多孔MXene膜兼具抗潤濕和抗污染能力,在真實海水淡化條件下可長時間穩定運行。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種疏水多孔MXene膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)用LiF和HCl混合溶液刻蝕三維層狀MAX，洗滌后加水超聲分散，獲得二維層狀MXene懸浮液；

(2)低表面能的物質配制成水解溶液與步驟(1)所述的二維層狀MXene懸浮液混合發生水解反應；

(3)在多孔基底膜上真空過濾步驟(2)所得改性的MXene溶液，真空干燥制得疏水多孔MXene膜。

優選的，步驟(1)所述混合溶液刻蝕三維層狀MAX的A層，去除的A被-F，-OH和-O官能團取代，它們被吸附在MXene的表面上形成端基；