[发明专利]一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用

说明书

本发明属于膜分离的技术领域，公开了一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用。本发明将二维自交联MXene膜在离子分离中的应用，所述二维自交联MXene膜是将二维MXnen膜进行自交联处理得到；所述离子分离是指能够分离出水合半径的离子，包括Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、AL³⁺中一种以上。本发明的二维自交联MXene膜对Li⁺、Na⁺、K⁺等小尺寸离子具有优异的截留性能和较高的水透量，在海水淡化和脱盐领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于膜分离的技术领域，具体涉及一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用。

背景技术

自工业革命以来，分离过程一直是工业生产中相当重要的一个环节，尤其是离子分离。因为水资源的短缺使得海水淡化技术快速发展，而海水淡化需要分离海水中多种类的盐离子，从而得到适合人类饮用的淡水。传统的海水淡化技术包括热法淡化技术和膜法淡化技术。其中，膜法技术中包括离子交换膜分离和反渗透分离等。然而这些分离工艺存在能耗高，操作复杂，稳定性差，设备占地面积大和分离效率低等问题。

膜分离技术具有优异的分离效率，较低的能耗和低廉的成本而受到社会的关注。膜分离材料的种类很多。聚合物最先被研究出来，然而其存在热稳定性差和透量低等问题，随后出现的陶瓷膜材料解决了有机聚合物热稳定性差的问题，但是其造价昂贵，制备工艺复杂，工业化应用成本高。因此，一种同时具备有机膜的易制备性和陶瓷膜的热稳定的理想膜才能满足工业化应用的需要。

近年来，二维纳米膜因为具有良好的热稳定性，高的化学稳定性，和强机械稳定性，制备过程简单，优异的分离性能为膜分离领域带来了新的契机。二维纳米层状材料-MXene(Ti₃C₂T_x)，相较于常见的氧化石墨烯材料，具有制备过程更简便，机械性能更好，导电性更强等优异的特性。但是二维膜在应用过程中也暴露出明显的缺陷，尤其在水分离和纯化领域。当浸泡在溶液中时，二维膜的有效筛分通道会扩宽，从而丧失对溶液中离子的截留性能。而且传统的氧化石墨烯类的分离膜对小离子的截留性能并不好。

发明内容

为了解决当前二维膜所面临的层间溶胀以及对溶液中离子截留性能差的问题，本发明的目的在于提供一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用。本发明的二维自交联MXene膜具有稳定筛分通道和稳定运行周期，对小离子具有较好的截留性能。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用；

所述二维自交联MXene膜是将二维MXnen膜进行自交联处理得到。所述自交联的温度为25℃～400℃，优选为110～300℃，更优选为110～200℃；自交联时间为10～48小时。

所述二维MXene膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将锂盐与酸溶液混合，得到混合液；再将三维层状MAX相原料加入混合液中，搅拌，离心，洗涤，干燥，得到二维层状MXene粉末；

(2)将二维层状MXene粉末与溶剂混合，超声处理，离心，取上清液，获得含有二维MXene纳米片的溶液；

(3)将步骤(2)所得含有二维MXene纳米片的溶液通过纳米自组装技术沉积在多孔滤膜基底上，干燥，即得二维MXene膜。