[发明专利]一种耐溶胀二维SA-MXene层状纳滤膜、制备及应用

说明书

本发明公开了一种耐溶胀二维SA‑MXene层状纳滤膜制备方法，步骤一：将MXene前驱体粉末与刻蚀剂溶液混合，搅拌反应，离心洗涤，得到二维MXene纳米片胶体溶液；步骤二：将二维MXene纳米片胶体溶液中加入海藻酸钠，搅拌混合均匀，得到SA‑MXene纳米片；步骤三：将SA‑MXene纳米片堆叠于基材表面制得薄膜，将薄膜置于多价金属溶液中进行交联，得到耐溶胀二维SA‑MXene层状纳滤膜。本发明的方法利用海藻酸钠均匀接枝于MXene纳米片表面，通过其与多价金属离子的交联作用，在纳米片层间通道内形成稳定、亲水的交联网络，解决了层状膜的溶胀问题，同时由于海藻酸钠的掺入，在传质通道表面引入大量含氧官能团，通道负电性有所提升，使层状膜表现出优异的选择过滤性能。

技术领域

本发明属于薄膜制备及分离纯化技术领域，具体涉及一种耐溶胀二维SA-MXene层状纳滤膜、制备及应用。

背景技术

过渡金属碳/氮化合物(MXene)材料是一类新型的二维材料，通过对三元层状金属陶瓷M_n+1AX_n相(M为过渡金属元素，A为第III或IV主族元素，X为C或/和N原子)的选择性刻蚀，得到与石墨烯(Graphene)类似的二维纳米级结构。

与石墨烯等材料相比，MXene制备过程简单，Ti-C多层原子结构使其具有良好的机械性能，表面分布均匀的-OH、-F、-O官能团，使其具有亲水的表面，是一种构筑液相分离膜的理想二维材料。中国专利CN107983161公开了一种MXene膜用于水与乙醇的分离的技术，将MXene纳米片进行规则的堆叠，利用薄膜中存在的大量的层间纳米通道，可以实现对水分子与乙醇分子的有效分离。

与石墨烯等二维纳米材料所构建的分离薄膜相同，一方面，MXene薄膜内的纳米片层间存在大量的纳米级毛细通道，使MXene二维层状膜具备了超快水传输特征，突破了传统高分子薄膜在渗透率与截留率之间的此生彼涨效应(trade-off效应)；另一方面，MXene薄膜在液相分离过程中，也会因为溶剂分子及溶质离子扩散进入毛细通道，使得纳米片层间的传质通道尺寸增大，最终导致薄膜出现溶胀现象，降低了其在分子、离子级别(即纳滤、反渗透级别)的筛分性能，限制了MXene层状薄膜在膜分离领域的进一步应用。现有技术中给出将树脂包裹于石墨烯薄膜之外，通过物理限制作用，克服了薄膜的溶胀问题，但是该方法实施过程较为复杂，不利于规模化生产。

发明内容

针对上述现有技术不足与缺陷，本发明的目的在于，提供一种耐溶胀二维SA-MXene层状纳滤膜、制备及应用，解决现有技术中MXene层状膜容易出现纳米片层间距增大，薄膜出现溶胀现象的技术问题，并同时使MXene薄膜具备了更优异的分、离子级别的筛分性能。

为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种耐溶胀二维SA-MXene层状纳滤膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：将MXene前驱体粉末与刻蚀剂溶液混合，搅拌反应，充分洗涤，离心后收集上液，得到稳定的二维MXene纳米片胶体溶液，刻蚀剂为盐酸与氟盐混合溶液；

步骤二：将二维MXene纳米片胶体溶液中加入海藻酸钠粉体，搅拌混合均匀，得到SA-MXene纳米片；

步骤三：将SA-MXene纳米片通过层层堆叠的方法堆叠于多孔基底表面制得薄膜，随后将所得的薄膜置于多价金属溶液中进行交联，得到耐溶胀二维SA-MXene层状纳滤膜。

具体的，所述的MXene前驱体为Ti₂AlC、V₂AlC、Ti₃SiC₂、Ti₃AlC₂、Ti₄AlN₃或Nb₄AlC₃。