[發明專利]一種雙重調控的二維MXene復合膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202210678343.8
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN115041027B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發明（設計）人: 蒲生彥;曾廣勇;王宏山;林清泉;王翔宇;鄭滸;劉世賓;王超群;楊強斌
• 申請（專利權）人: 成都理工大學
• 主分類號: B01D67/00
• 分類號: B01D67/00;B01D69/02;B01D69/12;B01D71/68;B01D71/74;C02F1/44;C02F101/30
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

本發明公開了一種雙重調控的二維MXene復合膜及其制備方法，通過超聲誘導剝離法制備得到MoSsubgt;2/subgt;納米片；通過LiF+HCl混合溶液作為刻蝕劑剝離MAX相(Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;)，得到片層結構清晰，質量良好的少層/單層的MXene(Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;Tsubgt;x/subgt;)納米片，同時用木質素磺酸鈉(LS)對MXene納米片進行功能化，得到LS?MXene納米片；將MoSsubgt;2/subgt;分散液與MXene或LS?MXene分散液通過超聲混合均勻，采用真空輔助自組裝的方法在聚醚砜(PES)上構筑得到MoSsubgt;2/subgt;@LS?MXene/PES復合膜。MoSsubgt;2/subgt;納米片的加入使得復合膜的抗溶脹性能得到提升，而經過LS功能化后，MXene復合膜具備優異的抗污染能力，解決了二維MXene膜在水中易溶脹且易受污染的問題。并且該復合膜具有優異滲透性與染料分離效果，并對印染行業產生的高鹽染料廢水的選擇性分離展現出良好的應用前景。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種雙重調控的二維MXene復合膜的制備方法以及采用該制備方法制得的雙重調控的二維MXene復合膜。

背景技術

隨著社會的發展，工業化、城鎮化的加快，每天都在消耗著大量的淡水資源。而印染行業產生的廢水成分十分復雜，其中不僅僅含有各種染料，還存在著高濃度的鹽分。膜分離技術因為其能耗低、操作壓力小、環境友好等優點，被廣泛應用在廢水處理中。膜材料是膜分離技術的關鍵，是膜技術產業化的核心部件。然而，傳統的有機膜材料抗污染性能差，分離功能較為單一，并且還存在著滲透性與選擇性之間相互制約的“權衡”效應。因此，開發出具有高滲透性與分離性能的新型膜材料是實現廢水高效處理的有效途徑，具有重要的理論價值和現實意義。

MXene(Ti₃C₂T_x)是一種新型的二維金屬碳/氮化物，可以通過刻蝕劑選擇性刻蝕MAX(Ti₃AlC₂)相中的Al原子層從而制備得到。MXene納米片表面帶有豐富的–OH、–O、–F等活性基團，可以引入其他的官能團對MXene進行功能化，這讓MXene具備高度的化學可調性。Ding通過真空輔助過濾的方法制備了一種馬來酸交聯的MXene復合膜，交聯后的MXene復合膜具有良好的納米通道結構，從而擁有出色的脫鹽性能。Xu等將還原氧化石墨烯引入MXene納米片的層間，優化了MXene基膜的微觀結構，并且通過引入HCl使MXene表面羥基的含量提升，改善了MXene基膜的潤濕性。上述研究表明二維MXene材料在膜分離領域中具有廣闊的理論研究和實際應用前景。

然而在已知二維MXene/聚醚砜(PES)復合膜的報道中，Han曾報道過一種MXene/PES膜的制備。他們利用氫氟酸(HF)作為刻蝕劑對MAX相(Ti₃AlC₂)進行剝離，刻蝕掉MAX中的Al原子層，成功得到了片層結構清晰的二維MXene材料。隨后，將不同質量(0.1、0.15、0.2、0.25g)的MXene納米片通過真空輔助自組裝的方法將其真空抽濾在PES膜(48cm²)上，成功構筑出MXene/PES復合膜。通過調節MXene含量研究了對膜性能和形貌的影響。該研究發現膜的親水性得到大幅提升，且對水中的染料分子有一定的截留效果。但是該技術存在以下缺陷：(1)采用HF作為刻蝕劑制備出的MXene具有片層結構清晰，層間間隔均勻等特點。但是HF反應條件較為劇烈，對環境并不友好，并且制備出的MXene納米片往往存在一定的孔洞與缺陷，對成膜后的結構穩定性和分離能力產生不利影響；(2)復合膜中MXene的質量過高，導致整個分離層的厚度達到了數十微米，并且由于MXene納米片表面含有親水基團，這將會使得分離層在水中發生溶脹，從而導致復合膜的使用壽命大大降低。(3)單一的MXene基膜對小分子染料的截留效果有待提高，該方法對龍膽紫的截留率僅為80.3％。