[发明专利]功能化二维层状MXene膜处理废水中有毒离子的方法

说明书

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种功能化二维层状MXene膜处理废水中有毒离子的方法。将氨基化二维层状MXene膜与羟基化二维层状MXene膜置于废水中，利用外加压力促进废水传输，在外加电压的驱动下废水中阴阳离子定向移动，有毒阴阳离子分别被羟基化二维层状MXene膜与氨基化二维层状MXene膜拦截，从而实现废水中有毒阴阳离子的脱除。本发明功能化MXene二维层状膜具有很强的实用性和长时间的稳定性，同时具有良好的选择性能和渗透性能；将该功能化二维层状MXene膜应用在处理废水中有毒离子方面具有广阔的应用前景，取材方便、工艺操作简单，节能，是一种低能耗、高效率的水处理技术。

技术领域

本发明属于工业废水处理技术领域，具体涉及一种功能化二维层状MXene膜处理废水中有毒离子的方法。

背景技术

随着工业化的不断发展和人为的不合理排放，越来越多的有毒离子进入到全球范围内的水体中，造成严重的水体污染，对生态系统和人体健康产生不利影响。重金属污染以及水体富营养化带来的负面影响已经成为许多国家水资源利用受到阻碍的重要原因。由于矿物质的缺乏，微量营养元素对微生物的生长有至关重要的作用，在水生系统中，磷酸盐和硝酸盐是不可或缺的微量营养元素，对其生长有着决定性因素，此外它们具有高溶解性、高毒性以及极强的流动性，当水体中的硝酸盐及磷酸盐浓度超标时会引起高铁血红蛋白血症和富营养化，现如今随着农工业的快速发展，大量的有毒阴离子被排放到水系统中，威胁到大气以及生物。

重金属包括铜、铅、金、银、锌、镍、钴、铬、锰、镉、汞等45种，其中锰、铜、锌等重金属是人体所需的微量元素，而镉、铅、铬、汞等是毒性很大且会导致水体重金属污染的元素。水体中重金属来源主要包括自然来源和人为来源。自然来源有地表径流、大气降水；人为来源包括海洋倾倒和工业废水排放。很多工业行业都会释放重金属，特别是电镀、制革、金属冶炼和采矿等行业。Cd(II)是常见的重金属污染物，被认为具有高遗传毒性，致突变性，可导致人类和其他水生生物致癌，威胁着人类和生态系统的稳定。重金属离子可以通过食物链进入人体，并在人体内积累富集，危害人体健康。Cu(II)污染会引起人类的肠胃问题，肾脏损伤，脱发甚至死亡。Pb(II)污染会损害人体肾脏、生殖系统，并导致严重疾病，甚至死亡。重金属是水生环境中的主要污染源，由于其毒性大、易于在环境和生物体内储存、积累、转化、具有生态风险，污染具有持久性和不可生物降解性而引起全世界的广泛关注。因此水体污染会对生态系统和人类健康造成潜在威胁，是一个日益严重的环境问题，同时也是环境领域的一个研究热点。

目前处理废水中有毒离子的常用方法主要分为以下三种：化学法，即废水中加入化学试剂与游离离子发生化学反应生成沉淀，从水中分离出来的过程；生物法，即利用植物处理废水、污泥中的有毒离子，主要包括植物修复、动物修复等；物理法，包括吸附、离子交换、溶剂萃取和膜分离等。

膜分离技术作为一项高新技术，被认作是20世纪末到21世纪中期最有前途的高新技术之一。虽然其发展时期不长，但由于其自身高效节能、占地面积小、操作灵活的优越特性，受到了人们的青睐，目前已在医药、食品安全、水处理、环保、化工、能源等领域得到广泛应用。然而，膜分离过程经常被膜通量和选择性之间的trade-off所限制。为了解决这一问题，新型膜的制备成为了研究热点，这些膜包含各种纳米材料形成的膜，如石墨烯氧化物、金属-有机框架和Mxenes膜，他们都是由原子级厚度的二维纳米片单元组成。与三维膜相比，二维厚度小，传输阻力小，能够实现更高的透量，同时还具有更好的机械灵活性，这使其在分离方面都展现出了应用潜力。