一种二维MXene/碳量子点复合膜及其制备方法和应用与流程

一种二维mxene/碳量子点复合膜及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明涉及膜材料领域，特别涉及一种二维mxene/碳量子点复合膜及其制备方法和应用。


背景技术：

2.mxene(ti3c2tx)是一种新型的二维过渡金属碳化物或碳氮化物，一般通过化学刻蚀方法选择性去掉max相(ti3alc2)中的a原子层而制备的。mxene具有优异的机械性能和导电性能，化学稳定性高且比表面积大。近年来，二维纳米材料mxene膜因其机械性能良好、化学稳定性高、制备简单等特点，引起科研界的广泛关注，但二维膜材料的层间距太小，导致水通量太低。
3.松散结构纳滤膜可有效的将高盐有机废水中的有机污染物分离除去，便于后续的分盐处理，在低能耗处理高盐有机废水的方面有着非常好的应用前景。所以，发明人认为，精确调控二维膜材料层间距，实现对有机污染物的高效截留，而让盐分随水流通过是非常有必要的。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题，提供了一种二维mxene/碳量子点复合膜及其制备方法和应用。
5.本发明是通过以下技术方案得以实现的。
6.一种二维mxene/碳量子点复合膜的制备方法，包括以下步骤：
7.s1.将lif溶于9m hcl溶液中，再加入ti3alc2粉末，lif和ti3alc2的质量比为(1-2):1，搅拌反应12-48h；离心分离产物，用去离子水洗涤，直至溶液上清液ph值至中性；将沉淀物超声剥离10-12min，再进行离心处理；将上层悬浮液冷冻干燥，得mxene粉末；
8.s2.将柠檬酸在180-185℃下加热反应8-24h，除去未反应的柠檬酸，冷冻干燥，得到碳量子点粉末；
9.s3.取步骤s1制备的mxene粉末和步骤s2制备的碳量子点粉末分别加入去离子水中分散15-30min，将两种溶液混合后再超声30-40min得到前驱体溶液；采用真空抽滤将前驱体抽滤到pvdf膜上，得到mxene/碳量子点复合膜。
10.进一步的，步骤s1中，lif和ti3alc2的质量比为1.5:1。
11.进一步的，步骤s1中，搅拌温度为35℃。
12.进一步的，步骤s1中，沉淀物超声剥离后在3500-4000rpm离心1-1.5h。
13.进一步的，步骤s2中，柠檬酸与lif的质量比为(5-6):1。
14.进一步的，步骤s3中，mxene粉末与碳量子点粉末的质量比为10:(1-4)。
15.进一步的，步骤s3中，真空抽滤压强为0.1mpa。
16.进一步的，步骤s3中，所述pvdf膜孔径为0.22μm。
17.一种上述制备方法制备得到的二维mxene/碳量子点复合膜。
18.一种上述二维mxene/碳量子点复合膜在工业废水处理中的应用。
19.本技术具有以下有益效果。
20.本技术制备的复合膜材料能够提高膜截留效率的同时保持高水通量，纯水通量可达263.6l
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m-2
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，染料罗丹明b的截留率达到98.5％，对nacl的截留率为7.8％。本技术对mxene改性提供了新的思路和方法，有效调节层间距的同时，增加膜的亲水性能。
附图说明
21.图1是本发明实施例2制得的mxene、碳量子点和复合膜材料的xrd图；
22.图2是本发明实施例1-3和对比例1不同膜的膜通量、对罗丹明b和nacl截留率的实验结果图。
具体实施方式
23.实施例1
24.一种二维mxene/碳量子点复合膜的制备方法，包括以下步骤：
25.s1.将3g lif溶于30ml 9m hcl溶液中，搅拌下再加入2g ti3alc2粉末，35℃下搅拌反应12h；离心分离产物，用去离子水洗涤，直至溶液上清液ph为7；将沉淀物超声剥离10min，并在4000rpm下离心1.5h，上层悬浮液即mxene均相溶液；将上层悬浮液冷冻干燥，得mxene粉末；
26.s2.称取18g柠檬酸放入坩埚中盖上盖子，在185℃下加热反应8h，冷却后加入200ml水溶解，透析除去未反应的柠檬酸，冷冻干燥，得到碳量子点粉末；
27.s3.取步骤s1制备的mxene粉末和步骤s2制备的碳量子点粉末分别分散到30ml水中，超声分散15min；将mxene和碳量子点按照质量比为10:1的比例进行混合，室温下再超声40min得到前驱体溶液；采用真空抽滤的方法在0.1mpa压力下，将前驱体缓慢的抽滤到pvdf膜(孔径为0.22μm)上，得到mxene/碳量子点复合膜。
28.实施例2
29.一种二维mxene/碳量子点复合膜的制备方法，包括以下步骤：
30.s1.将3g lif溶于30ml 9m hcl溶液中，搅拌下再加入2g ti3alc2粉末，35℃下搅拌反应24h；离心分离产物，用去离子水洗涤，直至溶液上清液ph为7；将沉淀物超声剥离10min，并在3500rpm下离心1h，上层悬浮液即mxene均相溶液；将上层悬浮液冷冻干燥，得mxene粉末；
31.s2.称取18g柠檬酸放入坩埚中盖上盖子，在180℃下加热反应18h，冷却后加入200ml水溶解，透析除去未反应的柠檬酸，冷冻干燥，得到碳量子点粉末；
32.s3.取步骤s1制备的mxene粉末和步骤s2制备的碳量子点粉末分别分散到30ml水中，超声分散30min；将mxene和碳量子点按照质量比为10:2的比例进行混合，室温下再超声30min得到前驱体溶液；采用真空抽滤的方法在0.1mpa压力下，将前驱体缓慢的抽滤到pvdf膜(孔径为0.22μm)上，得到mxene/碳量子点复合膜。
33.本实施例制得的mxene、碳量子点和复合膜材料的xrd如图2所示。
34.实施例3
35.一种二维mxene/碳量子点复合膜的制备方法，包括以下步骤：
36.s1.将3g lif溶于30ml 9m hcl溶液中，搅拌下再加入2g ti3alc2粉末，35℃下搅拌反应48h；离心分离产物，用去离子水洗涤，直至溶液上清液ph为7；将沉淀物超声剥离12min，并在3500rpm下离心1h，上层悬浮液即mxene均相溶液；将上层悬浮液冷冻干燥，得mxene粉末；
37.s2.称取18g柠檬酸放入坩埚中盖上盖子，在180℃下加热反应24h，冷却后加入200ml水溶解，透析除去未反应的柠檬酸，冷冻干燥，得到碳量子点粉末；
38.s3.取步骤s1制备的mxene粉末和步骤s2制备的碳量子点粉末分别分散到30ml水中，超声分散30min；将mxene和碳量子点按照质量比为10:4的比例进行混合，室温下再超声30min得到前驱体溶液；采用真空抽滤的方法在0.1mpa压力下，将前驱体缓慢的抽滤到pvdf膜(孔径为0.22μm)上，得到mxene/碳量子点复合膜。
39.对比例1
40.一种mxene膜材料的制备方法，包括以下步骤：
41.s1.将3g lif溶于30ml 9m hcl溶液中，搅拌下再加入2g ti3alc2粉末，35℃下搅拌反应24h；离心分离产物，用去离子水洗涤，直至溶液上清液ph为7；将沉淀物超声剥离10min，并在3500rpm下离心1h，上层悬浮液即mxene均相溶液；将上层悬浮液冷冻干燥，得mxene粉末；
42.s2.取步骤s1制备的mxene粉末分散到30ml水中，超声分散30min；采用真空抽滤的方法在0.1mpa压力下，将mxene溶液缓慢的抽滤到pvdf膜(孔径为0.22μm)上，得到mxene膜。
43.本技术实施例1-3和对比例1中mxene与碳量子点用量见表1。
44.表1
45.编号mxene用量(mg)碳量子点用量(mg)mxene和碳量子点比例对比例12010:0实施例120.210:1实施例220.410:2实施例320.810:4
46.性能检测
47.将罗丹明b(浓度为150mg/l)溶解在4％的nacl氯化钠中，模拟高盐有机废水。采用与膜面积相匹配的抽滤装置，将膜放置于其中，在0.1mpa的压力下分别考察膜的水通量和罗丹明b和nacl的截留率。
48.膜通量(pwf)计算公式：
49.j＝v/(a
×
t)
50.式中：j代表膜的水通量(l
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)；v代表透过膜的体积(l)；a代表膜的有效面积(m2)；t则为渗透时间(h)。
51.染料截留率(r)的计算公式：
52.r(％)＝(1-cf/c0)
×
100％
53.式中：r代表膜的截留率；c0和cf分别代表溶液透过膜前后的罗丹明b和nacl的浓度(mg/l)。浓度通过紫外分光光度计和电导率仪测试得到。
54.实验结果见图2，纯mxene膜的纯水通量为145l
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，但是罗丹明b的截留率为95.8％，对nacl的截留率为32.2％；复合膜材料的纯水通量可达263.6l
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，染料
罗丹明b的截留率达到98.5％，对nacl的截留率为7.8％。本技术复合膜材料具有高的水通量和截留效率，可用于高效分离去除高盐有机废水中的有机污染物。
55.本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。