CN107983161A - 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用 - Google Patents

一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107983161A
CN107983161A CN201711182665.9A CN201711182665A CN107983161A CN 107983161 A CN107983161 A CN 107983161A CN 201711182665 A CN201711182665 A CN 201711182665A CN 107983161 A CN107983161 A CN 107983161A
Authority
CN
China
Prior art keywords
ethanol
water
separation
mxene films
trap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201711182665.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107983161B (zh
Inventor
王海辉
吴艺
魏嫣莹
丁力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201711182665.9A priority Critical patent/CN107983161B/zh
Publication of CN107983161A publication Critical patent/CN107983161A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107983161B publication Critical patent/CN107983161B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36—Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362—Pervaporation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用，属于二维纳米膜制备技术以及液体分离技术领域。该应用包括以下步骤：（1）将二维MXene膜放入渗透汽化装置中，在原料侧加入乙醇水溶液；（2）采用真空泵将渗透侧抽真空，并将渗透的蒸汽通入冷阱中冷凝；（3）收集冷阱中的渗透液，并用气相色谱检测渗透液的浓度。本发明将具有良好的机械性能和优异的分离性能的二维MXene膜放入渗透汽化装置中，用于水和乙醇的分离，具有很高的选择性和良好的化学稳定性，在液体分离领域具有工业应用潜力。

Description

一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用
技术领域
本发明属于纳米膜和液体分离技术领域，具体涉及一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用。
背景技术
随着全球资源紧缺，环境污染形式日益严重，人们不断追求着高效节能的化工生产方式。分离是在化工生产过程中一个十分重要的环节。在液体分离领域，精馏等传统的分离方法，操作复杂，能耗巨大。而近十年兴起的膜分离方法优势显著，可大大降低能耗，提高分离效率，成为未来发展的新方向。
乙醇是一种重要的化工原料，在实际生活中应用广泛。乙醇由于极性和水相似，能与水以任意比例互溶，并且在质量浓度为95.6%时与水形成共沸物，这使得我们很难通过精馏法制备得到无水乙醇。传统的解决办法是将乙醇水溶液精馏到一定浓度以后，再加入干燥剂进一步脱水。这种方法工序繁杂，能耗巨大，若采用膜分离方法分离水和乙醇，可大大提升分离效率，降低能耗。目前可实现商业化的传统液体分离膜有聚合物膜和分子筛膜，它们存在稳定性不佳，选择性和透量难以兼顾等缺陷。因此，开发新型高质量的液体分离膜成为膜分离领域的一大研究热点。
近年来，氧化石墨烯膜在液体分离领域的应用取得了许多进展，类似的二维纳米膜材料因其机械性能良好、化学稳定性高、制备简单、性能优异等特点引起科研界的广泛关注。最近新发明的一种二维MXene膜，与氧化石墨烯膜相比，制备更简单，导电性更高，亲水性更好，在分离领域展现出了工业应用潜力。
发明内容
为了改进现有技术的缺点，实现MXene膜在液体分离领域的突破，本发明的目的在于提供一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用，包括以下步骤：
（1）将二维MXene膜放入商用渗透汽化装置中，在原料侧加入不同浓度的乙醇水溶液；
（2）采用真空泵将渗透侧抽真空，并将渗透的蒸汽通入冷阱中冷凝；
（3）称量冷阱中的渗透液的质量，并用气相色谱检测其浓度，即可得到不同浓度乙醇水溶液的透量和选择性。
优选的，步骤（1）所述二维MXene膜的厚度为10nm~10mm。
优选的，步骤（1）所述乙醇水溶液的质量浓度为5%~96%。
优选的，步骤（2）所述渗透侧的真空度为-0.94~-0.1MPa，进一步优选为-0.1MPa。
优选的，步骤（2）所述冷阱采用液氮降低温度。
优选的，步骤（2）所述冷阱的温度为-196℃。
优选的，步骤（3）所述的气相色谱为安捷伦7890A气相色谱。
优选的，步骤（1）所述二维MXene膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将氟盐加入盐酸溶液中，搅拌均匀，加入MAX粉末，搅拌反应，离心，洗涤，干燥，得到MXene粉末；
（2）将刻蚀后的MXene粉末分散于溶剂中，超声处理后离心，取其上清液，即可得到MXene二维纳米片溶液；
（3）将步骤（2）所得的MXene纳米片的溶液采用真空抽滤到尼龙66基底上，干燥得到MXene膜。
优选的，步骤（1）中所述的MAX粉末为Ti2AlC、V2AlC、Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti4AlN3和Nb4AlC3中的一种。
优选的，步骤（3）中所述含有二维MXene纳米片溶液的浓度为0.1~10 mg/ml。
优选的，步骤（3）中所述的尼龙66基底的孔径为0.2μm，直径为50mm。由以上所述的方法制得的一种二维MXene膜，表面没有裂缝，具有良好的柔韧性和机械性能。
本发明所述的一种二维MXene膜用于水和乙醇分离，具有较高透量和选择性，在工业上有很大的应用价值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
（1）本发明将二维MXene膜用于水和乙醇的高效分离时，具有很高的透量和选择性，具有工业应用潜力。
（2）本发明所用的二维MXene膜制备简单，成本低，适合工业化大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种二维MXene膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将8g氟化锂加入200mL 6mol·L-1的盐酸溶液中，搅拌均匀，再加入5gTi3AlC2粉末，搅拌反应48h，在2500rpm条件下离心洗涤，至上层溶液PH呈中性，然后在50℃下干燥48小时，得到Ti3C2粉末；
（2）将0.1g Ti3C2粉末加入500mL去离子水中，超声1小时，在2500rpm下离心1小时，吸取上层液体得到二维MXene纳米片溶液，浓度为0.1mg·mL；
（3）取10mL步骤（2）所得MXene纳米片溶液，使用真空抽滤装置，将MXene纳米片堆积到孔径为200nm，直径为50mm的尼龙66基底上，然后在100℃鼓风干燥箱中干燥10小时，得到厚度为10nm的二维MXene膜。
本实施例的二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用：
将厚度为10nm的二维MXene膜放入渗透汽化装置中，在原料侧加入质量浓度为95%的乙醇水溶液；采用真空泵将渗透侧抽真空至-0.094MPa，并将渗透的蒸汽通入温度为-196℃的冷阱中冷凝；收集冷阱中的渗透液，称量其质量，并用安捷伦7890A气相色谱检测渗透液的浓度。
实验测得95%乙醇水溶液的总透量为：2305 g·m2·h-1，选择性为50。说明将二维MXene膜用于水和乙醇分离中，具有很高透量和选择性，在工业上有很大的应用价值。
实施例2
一种二维MXene膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将8g氟化锂加入200mL 6mol·L-1的盐酸溶液中，搅拌均匀，再加入5gTi3AlC2粉末，搅拌反应48h，在2500rpm条件下离心洗涤，至上层溶液PH呈中性，然后在50℃下干燥48小时，得到Ti3C2粉末；
（2）将3g Ti3C2粉末加入500mL去离子水中超声1小时，在2500rpm下离心1小时，吸取上层液体得到二维MXene纳米片溶液，浓度为5mg·mL；
（3）取50mL步骤（2）所得MXene纳米片溶液，使用真空抽滤装置，将MXene纳米片堆积到孔径为200nm，直径为50mm的尼龙66基底上，然后在100℃鼓风干燥箱中干燥10小时，得到厚度为5mm二维MXene膜。
本实施例的二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用：
将厚度为5mm的二维MXene膜放入渗透汽化装置中，在原料侧加入质量浓度为50%的乙醇水溶液；采用真空泵将渗透侧抽真空至-0.96MPa，并将渗透的蒸汽通入温度为-196℃的冷阱中冷凝；收集冷阱中的渗透液，称量其质量，并用安捷伦7890A气相色谱检测渗透液的浓度。
实验测得95%乙醇水溶液的总透量为：1005 g·m2·h-1，选择性为80。说明将二维MXene膜用于水和乙醇分离中，具有很高透量和选择性。在工业上有很大的应用价值。
实施例3
一种二维MXene膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）将8g氟化锂加入200mL 6mol·L-1的盐酸溶液中，搅拌均匀，再加入5gTi3AlC2粉末，搅拌反应48h，在2500rpm条件下离心洗涤，至上层溶液PH呈中性，然后在50℃下干燥48小时，得到Ti3C2粉末；
（2）将10g Ti3C2粉末加入500mL去离子水中，超声1小时，在2500rpm下离心1小时，吸取上层液体得到二维MXene纳米片的溶液，浓度为15mg·mL；
（3）取50mL步骤（2）所得MXene纳米片溶液，使用真空抽滤装置，将MXene纳米片堆积到孔径为200nm，直径为50mm的尼龙66基底上，然后在150℃鼓风 干燥箱中干燥10小时，得到厚度为10mm的二维MXene膜。
本实施例的二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用：
将厚度为10mm的二维MXene膜放入渗透汽化装置中，在原料侧分别加入质量浓度为96%的乙醇水溶液。实验测得96%乙醇水溶液的总透量分为：556 g·m2·h-1。选择性为150。说明将二维MXene膜用于水和乙醇分离中，具有很高透量和选择性，在工业上有很大的应用价值。

Claims (6)

1.一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将二维MXene膜放入渗透汽化装置中，在原料侧加入乙醇水溶液；
（2）采用真空泵将渗透侧抽真空，并将渗透的蒸汽通入冷阱中冷凝；
（3）收集冷阱中的渗透液，并用气相色谱检测渗透液的浓度。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（1）所述二维MXene膜的厚度为10nm~10mm。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（1）所述乙醇水溶液的质量浓度为5%~96%。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（2）所述渗透侧的真空度为-0.94~-0.1MPa。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（2）所述冷阱采用液氮降低温度。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，步骤（2）所述冷阱的温度为-196℃。
CN201711182665.9A 2017-11-23 2017-11-23 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用 Active CN107983161B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711182665.9A CN107983161B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711182665.9A CN107983161B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107983161A true CN107983161A (zh) 2018-05-04
CN107983161B CN107983161B (zh) 2021-07-20

Family

ID=62031761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711182665.9A Active CN107983161B (zh) 2017-11-23 2017-11-23 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107983161B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108714372A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 太原理工大学 用于煤化工废水的处理方法
CN109012220A (zh) * 2018-10-15 2018-12-18 北京林业大学 一种新型二维材料/海藻酸钠渗透汽化膜的制备
CN109569319A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 华南理工大学 一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用
CN109701397A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 华南理工大学 一种电泳沉积法制备的二维MXene膜在离子截留中的应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104772043A (zh) * 2015-04-07 2015-07-15 天津大学 海藻酸钠-石墨相氮化碳纳米片杂化复合膜及制备和应用
CN104877889A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 北京化工大学 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN106178979A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 华南理工大学 高性能二维层状Ti3C2‑MXene膜及其制备方法与在水处理中的应用
CN106731891A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 中国科学院上海高等研究院 一种氮化碳二维材料复合膜及其制备方法和用途

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104877889A (zh) * 2014-02-28 2015-09-02 北京化工大学 发酵耦合蒸汽渗透原位分离挥发性有机物的方法及装置
CN104772043A (zh) * 2015-04-07 2015-07-15 天津大学 海藻酸钠-石墨相氮化碳纳米片杂化复合膜及制备和应用
CN106178979A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 华南理工大学 高性能二维层状Ti3C2‑MXene膜及其制备方法与在水处理中的应用
CN106731891A (zh) * 2017-02-27 2017-05-31 中国科学院上海高等研究院 一种氮化碳二维材料复合膜及其制备方法和用途

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KANG HUANG等: "Vapor transport in graphene oxide laminates and their application in pervaporation", 《CURRENT OPINION IN CHEMICAL ENGINEERING》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108714372A (zh) * 2018-05-29 2018-10-30 太原理工大学 用于煤化工废水的处理方法
CN109012220A (zh) * 2018-10-15 2018-12-18 北京林业大学 一种新型二维材料/海藻酸钠渗透汽化膜的制备
CN109569319A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 华南理工大学 一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用
CN109569319B (zh) * 2018-12-14 2021-12-21 华南理工大学 一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用
CN109701397A (zh) * 2019-01-16 2019-05-03 华南理工大学 一种电泳沉积法制备的二维MXene膜在离子截留中的应用
CN109701397B (zh) * 2019-01-16 2021-12-21 华南理工大学 一种电泳沉积法制备的二维MXene膜在离子截留中的应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN107983161B (zh) 2021-07-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106178979B (zh) 高性能二维层状Ti3C2-MXene膜及其制备方法与在水处理中的应用
CN107983161A (zh) 一种二维MXene膜在水和乙醇分离中的应用
CN109666964B (zh) 一种电泳沉积快速制备二维MXene膜的方法
CN104874301B (zh) 氧化石墨烯膜及其制备方法和应用
CN105214512B (zh) 一种载体表面氧化石墨烯膜的制备方法及其应用
CN102173406B (zh) 碳纳米管或石墨烯超薄膜的制备方法
CN104841291B (zh) 一种有效增强氧化石墨烯膜脱水性能的方法
CN105727758A (zh) 一种氧化石墨烯复合膜的制备方法及应用
CN103877872B (zh) 一种纳米材料改性聚哌嗪酰胺纳滤膜的制备方法
CN104069749B (zh) 一种超支化聚合物聚酰胺复合反渗透膜及其制备方法
CN109731482A (zh) 一种基于氧化石墨烯的分离膜及其制备方法
CN106139923A (zh) 一种氧化石墨烯骨架材料复合膜及其制备方法和应用
CN104555996A (zh) 氨基化石墨烯薄膜的制备方法及其应用
CN109569319A (zh) 一种二维自交联MXene膜在离子分离中的应用
Yang et al. High-hydrophobic CF3 groups within PTFPMS membrane for enhancing the furfural pervaporation performance
CN108816058B (zh) 一种大黄素分子印迹二氧化钛纳米粒子复合膜及其制备方法与应用
CN107441892A (zh) 一种二维MXene膜在气体分离中的应用
CN104174299A (zh) 基于超薄支撑层的高通量正渗透膜及其制备方法
CN103399064A (zh) 一种氧化石墨烯/水滑石/Nafion复合薄膜修饰电极及其制备方法
CN108295671A (zh) 一种二维MXene膜在水和异丙醇分离中的应用
CN105967172A (zh) 一种大面积可折叠石墨烯薄膜的制备方法
CN106731893A (zh) 一种氧化石墨烯骨架材料自组装膜的制备方法及应用
CN109701397A (zh) 一种电泳沉积法制备的二维MXene膜在离子截留中的应用
CN108445166A (zh) 一种三维多孔石墨烯超薄膜及其制备方法
CN109364774A (zh) 一种离子型聚合物和氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant