本發(fā)明屬于膜分離，涉及一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備。
背景技術(shù)：
：：1、膜分離技術(shù)相比其他水處理方式具有設(shè)備簡單、能耗低、選擇性高的優(yōu)點，可以實現(xiàn)高效率、低投資的精確連續(xù)分離。紡織工業(yè)中處理印染廢水膜分離過程中，溶液通過多孔膜，去除染料、鹽、重金屬離子以及其他溶質(zhì)。通常，染料分子會因為尺寸大小或相對于膜的電荷差異而從水中被分離出來。一般來說，較大的染料分子和具有與膜相似電荷的離子易被分離，而一部分鹽如nacl、na2so4等可以通過膜。膜分離技術(shù)的核心任務(wù)是特定分離功能的膜材料的開發(fā)，傳統(tǒng)的分離膜其滲透率的增大往往伴隨著選擇性的降低，同時壽命短、熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性差等。2、二維mxene作為一種新型二維過渡金屬碳化物/氮化物，在水處理應(yīng)用方面具有廣闊的發(fā)展空間。mxene表面有豐富的-oh、-o、-f等親水性官能團，使其具有良好的親水性和電負性。同時其與傳統(tǒng)有機膜相比，該類膜理論上是由納米級厚度的片層堆疊而成，故能做到厚度可控，且層間形成的二維通道尺寸可控，因此能顯示更嚴(yán)格的尺寸篩分特性。由片層結(jié)構(gòu)堆疊的膜具有規(guī)則的無褶皺傳輸通道，使水分子在膜內(nèi)快速而穩(wěn)定地通過，而由于尺寸篩分效應(yīng)，可通過調(diào)控其層間距去除水中雜質(zhì)，同時mxene膜具有優(yōu)異的機械性能及柔韌性。3、目前mxene膜層間距調(diào)控的方式主要包括以下四種方式：1、高溫?zé)Y(jié)減小其層間距(文獻1：adjustable?interlayer?spacing?of?ultrathin?mxene-derived?membranesfor?ion?rejection[j].journal?of?membrane?science?591,117350(2019).)；2、與其他物質(zhì)共混調(diào)節(jié)(文獻2：column-to-beam?structure?house?inspired?mxene-basedintegrated?membrane?with?stable?interlayer?spacing?for?water?purification[j].advanced?functional?materials?32,2111660(2022).)；3、進行堿處理(文獻3：balancing?mxene?surface?termination?and?interlayer?spacing?enables?superiormicrowave?absorption[j].advanced?functional?materials?33,2301449(2023).)；4、加入交聯(lián)劑(文獻4：two-dimensional?graphene?oxide/mxene?lamellar?membrane?cross-linked?by?urea?with?adjustable?interlayer?spacing?for?efficient?dye?rejectionand?ion?sieving[j].chemical?engineering?journal?480,148009(2024).)。而上述調(diào)控方式的反應(yīng)條件比較苛刻，反應(yīng)流程復(fù)雜，且mxene膜易在水中產(chǎn)生溶脹導(dǎo)致穩(wěn)定性差，不能同時兼具染料/鹽高選擇性與高透水性，往往其透水性高時，染料/鹽選擇性變差。4、例如，文獻5(mxene/cofs?membrane?with?sandwich?structure?for?rapidsalt/dye?separation?by?layer-by-layer?electrophoretic?deposition[j].journalof?membrane?science?704,122857(2024).)中mxene/cofs膜的水滲透性為116.4l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.5％(cr)，染料濃度為100ppm，nacl截留率為1.1％，na2so4截留率為10.0％，mgcl2截留率為3.1％，mgso4截留率為4.9％。5、文獻6(membranes?with?zif-8regulated?mxene?nanosheet?stacks?forefficient?molecular?sieving[j].desalination?546,116184(2023).)中tfn-1membrane膜的水滲透性為40.8l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.8％(cr)，染料濃度為200ppm，nacl截留率為7.8％，mgso4截留率為5.9％。6、文獻7(high?performance?mixed-dimensional?assembled?mxene?compositemembranes?for?molecular?sieving[j].journal?of?membrane?science?698,122606(2024).)中mxc-3-l?membrane膜的水滲透性為55.1l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.8％(cr)，染料濃度為100ppm，nacl截留率為9.7％，na2so4截留率為30.7％。7、文獻8(hetero-dimensional?1d?silk?nanofibril?and?2d?mxene?compositemembrane?with?tailorable?nanofluidic?channels?for?enhanced?water?purification[j].journal?of?membrane?science?697,122517(2024).)中tfn-3membrane膜的水滲透性為24.45l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.43％(cr)，染料濃度為200ppm，nacl截留率為3.9％，na2so4截留率為14.4％。8、文獻9(nanofiltration?membranes?fabricated?by?plant?polyphenol-intermediated?mxene?and?polyethyleneimine?layer-by-layer?self-assembly?forefficient?dye/salt?separation[j].separation?and?purification?technology?323,124343(2023).)中(pei/mxene)4/ta/pes膜的水滲透性為204.0l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.9％(eb)，染料濃度為10ppm，nacl截留率為1.5％。9、文獻10(in-situ?nanoparticles?intercalating?graphene?oxide?membranesfor?superior?water?transport?in?dye?desalination[j].journal?of?membranescience?697,122544(2024).)中fe(oh)3@go膜的水滲透性為90.9l/(m2·h·bar)，染料截留率為99％(eb)，染料濃度為100ppm，nacl截留率為4％。10、文獻11(constructing?reduced?porous?graphene?oxide?for?tailoring?mass-transfer?channels?in?ultrathin?mxene(ti3c2tx)membranes?for?efficient?dye/saltseparation[j].chemical?engineering?journal?457,141217(2023).)中rpgo-mxene膜的水滲透性為198.8l/(m2·h·bar)，染料截留率為100％(cr)，染料濃度為20ppm，nacl截留率為5.3％，na2so4截留率為7.5％，mgcl2截留率為6％，mgso4截留率為6.8％。11、文獻12(mxene/zif-l?co-stacking?membranes?with?high?water?permeationfor?solute-tailored?selectivity.applied?surface?science?625,157194(2023).)中mxene/zif-l膜的水滲透性為287.29l/(m2·h·bar)，染料截留率為99.2％(cr)，染料濃度為50ppm，nacl截留率為4.45％，na2so4截留率為6.01％，mgcl2截留率為1.58％。12、文獻13(electric?field-assisted?ultra-thin?mxene?conductivenanofiltration?membrane?for?efficient?dye/salt?separation.separation?andpurification?technology?339,126753(2024).)中cnt/mxene-pei膜的水滲透性為156.11l/(m2·h·bar)，染料截留率為98.65％(cr)，染料濃度為10ppm，na2so4截留率為8.6％。13、文獻14(development?of?novel?ionic?covalent?organic?frameworkscomposite?nanofiltration?membranes?for?dye/salt?separation.journal?ofhazardous?materials?465,133049(2024).)中pa/terephthalaldehyde/dgc膜的水滲透性為68l/(m2·h·bar)，染料截留率為97％(rose?bengal)，染料濃度為5ppm，nacl截留率為2.86％，na2so4截留率為3.7％，mgcl2截留率為6.96％，mgso4截留率為4.98％。14、因此，研究一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，具有十分重要的意義。技術(shù)實現(xiàn)思路1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備。2、為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：3、一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備方法，將mxene膜室溫(25℃)浸泡于單寧酸(ta)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(aptes)的混合溶液中，在浸泡過程中ta與aptes會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制得用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜。在mxene膜浸泡過程中ta與aptes會擴散進mxene膜片層間，本發(fā)明通過將單寧酸與3-氨丙基三乙氧基硅烷之間的化學(xué)反應(yīng)引入到二維mxene膜的亞納米空間內(nèi)，通過對ta、aptes濃度及時間的調(diào)控，可以控制ta與aptes復(fù)合親水納米顆粒的生長，從而實現(xiàn)對膜層間距的調(diào)控。在ta、aptes濃度確定的情況下，通過對浸泡時間的控制，片層間的親水納米顆粒大小得到控制，生長時間越長，親水顆粒越大，支撐起的膜層間距越大，從而實現(xiàn)層間距的連續(xù)控制。4、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：5、如上所述的一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備方法，具體步驟如下：6、(1)將單寧酸溶于ph＝8.5的tris-hcl溶液中得到單寧酸溶液，同時將3-氨丙基三乙氧基硅烷溶于無水乙醇中得到3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液；7、(2)將單寧酸溶液與3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液于室溫混合攪拌得到單寧酸和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合溶液；8、(3)將干燥的mxene膜置于單寧酸和3-氨丙基三乙氧基硅烷的混合溶液中，于室溫浸泡0.5～15h，得到濕潤的mxene復(fù)合膜，室溫干燥后即得所述mxene復(fù)合膜。9、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，單寧酸溶液的濃度為1.6～3.2mg/ml，3-氨丙基三乙氧基硅烷溶液的濃度為0.5～2.5mg/ml。10、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，單寧酸與3-氨丙基三乙氧基硅烷的質(zhì)量比為0.01～100:1。11、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，mxene膜的制備過程如下：12、(1)將max(ti3alc2)加入至由lif和鹽酸混合攪拌得到的刻蝕液中，在40℃下連續(xù)攪拌24h，反應(yīng)結(jié)束后將收集的沉淀用去離子水反復(fù)洗滌，再反復(fù)離心(3500prm，10min)除去沉淀中殘留的酸，直至溶液ph值為6.0，得到樣品；13、(2)將步驟(1)得到的樣品分散于去離子水中，在氮氣氛圍中，冰浴超聲處理1h，將超聲獲得的懸浮液離心(8000prm，30min)以移除未剝離的薄片，收集上清液，即為mxene納米片溶液；14、(3)將步驟(2)得到的mxene納米片溶液稀釋到0.004mg/ml，室溫超聲15min得到分散均勻的mxene溶液；15、(4)將步驟(3)得到的分散均勻的mxene溶液倒入裝有pes(聚醚砜)基底膜的抽濾裝置中抽濾，得到濕潤的mxene膜；16、(5)將濕潤的mxene膜放入25～30℃恒溫真空干燥箱保存8～16h，得到干燥的mxene膜。17、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，步驟(1)中鹽酸的濃度為9m，lif和鹽酸的用量之比為0.8g:10ml，max與lif的質(zhì)量比為1:1.6。18、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，步驟(2)中得到的mxene納米片溶液的濃度為2.5mg/ml。19、如上所述的一種用于染料/鹽分離的mxene復(fù)合膜的制備方法，步驟(4)中pes基底膜的孔徑為0.22μm。20、有益效果：21、(1)本發(fā)明的一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備方法，將單寧酸與3-氨丙基三乙氧基硅烷之間的化學(xué)反應(yīng)引入到二維mxene膜的亞納米空間內(nèi)，可對mxene膜的層間距進行連續(xù)調(diào)控，且調(diào)控方式簡單，通過調(diào)控可以實現(xiàn)mxene膜對鹽離子截留到對染料/鹽的高效分離，同時保持高的水滲透性。22、(2)本發(fā)明的一種用于染料/鹽分離的層間距連續(xù)可調(diào)的mxene復(fù)合膜的制備方法，反應(yīng)條件更溫和，制備過程簡單，原料易得且綠色環(huán)保，同時mxene復(fù)合膜對染料/鹽混合物的分離具有良好的效果，該制備方法具有規(guī)?；瘧?yīng)用前景。當(dāng)前第1頁12當(dāng)前第1頁12