[发明专利]一种二维MXene膜在气体分离中的应用

说明书

本发明公开了一种二维MXene膜在气体分离中的应用。该应用包括以下步骤：（1）将二维MXene膜放入气体分离装置中，然后在进料侧通入需要分离的混合气体；（2）在吹扫测通入吹扫气；（3）将吹扫气通入气相色谱中进行检测。本发明的MXene膜具有超高的H₂透量、超高的H₂/CO₂，H₂/N₂,H₂/CH₄，H₂/C₃H₆和H₂/C₃H₈分离选择性和优异的机械性能，二维MXene膜的制备方法简单易操作、低能耗、低成本、高重复性、适合大规模工业生产。

技术领域

本发明属于纳米膜及膜法气体分离领域，具体涉及一种二维MXene膜在气体分离中的应用。

背景技术

自工业革命以来，分离一直是工业生产中相当重要的一环，尤其是气体分离。传统的的气体分离工艺包括精馏分离和变压吸附等。然而，这些分离工艺的能耗高，操作复杂，设备占地面积大以及分离效率低等。为了解决这些问题，研究人员积极开发高效可持续的分离技术。其中，膜分离技术以其高效节能的特点代表着新型解决方案的发展方向。

膜分离材料的种类很多。有机聚合物膜最先被研究出来，然而存在热稳定性差和透量低等问题。随后出现的陶瓷膜解决了有机聚合物膜的热稳定性的问题，然而造价高昂，制备过程复杂，难以大规模应用。因此，一种理想的膜应当同时具有有机膜的易制备性和陶瓷膜的稳定性。

近年来，以氧化石墨烯为代表的二维纳米膜被成功的制备出来并应用于分离领域。二维纳米膜具有热稳定性好，化学稳定性强，机械性能优异，制备简单，分离性能高等特点。最近，一种二维纳米材料-MXene被成功开发出来，并引起科学家的广泛关注。相较于常见的氧化石墨烯，MXene具有制备过程更简单，亲水性更好，导电性更强等优异的特性。已经有研究证实，同样厚度的MXene膜比氧化石墨烯膜的分离效果更好。因此，二维MXene膜有望在分离领域展示出更广阔的应用前景。

这里，我们开发出一种低成本、高透量和高选择性的MXene膜，并用于气体分离。

发明内容

为了改进现有的技术并且在气体分离领域实现重大突破，本发明的目的在于提供一种二维MXene膜在气体分离中的应用。该二维MXene膜能用于工业氢气提纯和二氧化碳捕获。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种二维MXene膜在气体分离中的应用，包括以下步骤：

（1）将二维MXene膜放入气体分离装置中，然后在进料侧通入不同动力学直径的需要分离的混合气体；

（2）在吹扫测通入吹扫气；

（3）将步骤（2）的吹扫气通入气相色谱中进行检测，即可得到不同气体的透量以及选择性。