[發(fā)明專利]一種二氧化鈦/碳@四氧化三鐵復合膜、制備方法及應用

有效

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• 申請日: 2022-05-10
• 公開（公告）號: CN115193274B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉婷;蔡微翼;孫克寧;劉勛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D69/12;B01D67/00;B01D69/10;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 劉芳

本發(fā)明公開了一種二氧化鈦/碳@四氧化三鐵復合膜的制備方法，屬于環(huán)保水處理領域。將Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;刻蝕并剝離成MXene，通過壓濾方法將MXene材料負載到0.22μm的微濾膜表面。本發(fā)明制備的TiOsubgt;2/subgt;/C@Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;二維復合膜通過尺寸選擇效應和靜電作用截留和吸附水中的染料污染物，通過調(diào)整Fe(III)的濃度，控制MXene的氧化程度，實現(xiàn)在高通量下具有較高的染料截留效果并且在一定范圍內(nèi)隨著Fe(III)的濃度增加，染料截留效果明顯提升。同時與純MXene膜相比，TiOsubgt;2/subgt;/C@Fesubgt;3/subgt;Osubgt;4/subgt;二維復合膜在潮濕環(huán)境中具有更強的水通量穩(wěn)定性。本發(fā)明方法簡單易操作且易于規(guī)模化使用，利于推廣。

技術領域

本發(fā)明涉及環(huán)保水處理技術領域，特別是涉及一種二氧化鈦/碳@四氧化三鐵復合膜、制備方法及應用。

背景技術

如今水污染仍然是世界上最嚴重的挑戰(zhàn)之一。環(huán)境中污染物的存在會影響人類的健康和發(fā)展。在各種水處理工藝中，膜分離由于具有操作簡單、處理性能好、能源效率高和成本效益好等優(yōu)點而受到越來越多的關注和應用。目前在水處理方面，許多材料被用于商業(yè)微濾、超濾和納濾膜，如混合纖維素(MEC)、聚乙烯砜(PES)和聚偏氟乙烯(PVDF)。然而這些膜在實際的水處理實踐中存在一定的局限性，如對污染物的排斥率低、通量低、對有機溶劑的抵抗力低等。為了克服上述局限性，目前在膜科學領域的研究主要集中在新的膜材料和膜制備方法上。二維材料由于其獨特的納米尺度性能，在新型膜材料的應用中受到了廣泛的關注。

近年來，一種名為MXene的新型二維材料在電磁干擾屏蔽、儲能、壓力傳感和水凈化等許多應用領域都具有優(yōu)勢。而基于MXene所制備的用于水處理的膜，具有良好的性能，包括明顯的親水性、優(yōu)異的導電性和化學穩(wěn)定性，在水處理領域具有廣闊的應用前景。然而，MXene在潮濕環(huán)境中的抗氧化穩(wěn)定性較差，限制了其長期的儲存和應用，因此需要尋找新的方法來提高MXene的穩(wěn)定性，以實現(xiàn)長期的應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用Fe(III)氧化MXene來制備具有高穩(wěn)定性、高去除率和高截留率的TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜的方法，以解決上述現(xiàn)有技術中MXene材料存在的低截留率和穩(wěn)定性差的問題，使制備的TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜具有高穩(wěn)定性和高截留率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

本發(fā)明提供一種二氧化鈦/碳@四氧化三鐵復合膜(TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜)的制備方法，包括以下步驟：

(1)將Ti₃AlC₂加入到HCl和LiF的混合溶液中反應，振蕩、離心獲得單層MXene納米片，加入水(優(yōu)選加入去離子水)制成MXene溶液；

(2)將所述MXene溶液用壓濾方法負載到混合纖維素(MEC)膜表面，獲得未氧化的純MXene膜；

(3)將FeCl₃溶液通過壓濾的方式，連續(xù)不斷氧化步驟(2)中所述純MXene膜，得到氧化后的TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜；

(4)加入去離子水對步驟(3)中的TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜進行清洗，洗掉多余的FeCl₃溶液，最終得到TiO₂/C@Fe₃O₄復合膜。