CN109397825A - 具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料及其制备方法 - Google Patents

具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，属于防护用品技术领域。该复合材料由外至内由第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组成，第一过滤层为基布、MXene及PDDA的复合材料，第二过滤层为气凝胶状MXene，第一气敏变色警报层与第二气敏变色警报层由上至下由环氧树脂薄膜、气敏变色膜和白色织物组成，气敏变色膜为PVA‑co‑PE纳米纤维、气敏染剂与MXene制得。该复合材料基于气致变色材料独特的颜色变化实现有毒气体警报功能，基于MXene特殊的二维层状结构、丰富的表面官能团与优异的催化性能，实现矿井粉尘过滤、有毒气体吸附分解功能，可被广泛应用于防护材料领域尤其是防毒面罩领域，保障矿井工作人员生命安全。

Description

具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及具备警报及过滤功能的材料，属于防护用品技术领域，具体地涉及一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料及其制备方法。
背景技术
煤矿行业属于高危行业，国内每年因煤矿事故死亡的人数数以万计，导致煤矿事故最直接的原因是瓦斯灾害，包括瓦斯爆炸、瓦斯突出和瓦斯燃烧，其主要成分是烷烃，其中以甲烷CH4为主，还有少量的乙烷、丙烷和丁烷，以及其他有害气体如H2S、CO、NO2、SO2等。因此为避免煤矿事故的发生，井下气体的检测十分重要。按规定井下H2S不得超过6.6ppm、CO浓度不得超过24ppm，NO2浓度不得超过250ppm，SO2浓度不得超过500ppm、CH4不得超过10000ppm。除去因瓦斯灾害引起的矿难事故，矿井开采作业中还会产生大量粒径小于75μm的二氧化硅粉尘，长期吸入会导致肺部结节性纤维化，形成矽肺，严重时造成患者呼吸衰竭死亡。矽肺是目前危害煤矿工作者健康最严重的疾病之一，无法根治，除了控制尘源、只能通过加强劳动者个体防护等预防手段，减少伤害。
常用矿井有毒气体监测传感器均含外部电路系统，漏电风险较大，易导致矿难事故。MXene是一种新型二维层状过渡金属碳化物或氮化物，其通式为Mn+1XnTx(n＝1，2，3)，M为过度金属，如Ti，Nb，Mo，Vb，V，Ta，Zr，Cr，等，X为C或N，T为-OH，-F，-O官能团。该材料成膜性能良好，比表面积大，孔隙率高，亲水性好，且具有显著的热稳定性、化学稳定性。现有技术已报道将MXene材料经相对应改性后应用于电化学储能、电化学器件等领域。
还有报道将其应用到气体分离领域，如中国发明专利申请(申请公布号：CN107441892，申请公布日：2017-12-8)公开了一种MXene膜在气体分离中的应用。该方法具体介绍了将MXene膜应用于气相色谱仪器中实现对H2/CO2，H2/N2，H2/CH4，H2/C3H6，H2/C3H8的选择性分离。
还有研究发现将其作为吸附剂吸附分解气体，如中国发明专利申请(申请公布号：CN105582806，申请公布日：2016-5-18)公开了一种二维晶体化合物Ti2C作为吸附剂在吸附分解低浓度瓦斯中甲烷的应用，具体的利用Ti2C具有类似石墨烯的二维层状结构，这种结构具有高比表面积和光催化性能，可以吸附低浓度瓦斯中甲烷分子，并且在甲烷压强下降时，吸附的甲烷分子饿不会重新进入环境中。然而但方法仅适用于低浓度瓦斯气体，且需要在较高的流速下定向向膜吹起检测器性能，并不适宜实际矿井防护。
综上，目前尚未有关于将MXene材料制成防护用品应用于矿井中作为监测有毒气体的报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料及其制备方法，由该复合材料制备的衣物或口罩在对粒径大于70μm的矿尘有效阻隔的基础上，对矿井有毒气体产生明显的颜色变化以达到预警的目的。
为实现上述目的，本发明公开了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，由外向内它由第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组成，所述第一过滤层为基布、MXene及PDDA的复合材料，所述第二过滤层为气凝胶状MXene，所述第一气敏变色警报层与第二气敏变色警报层由上至下由环氧树脂薄膜、气敏变色膜和白色织物组成，所述气敏变色膜为PVA-co-PE纳米纤维、气敏染剂与MXene制得。
进一步地，所述第一过滤层的厚度为1～4cm，第一过滤层的孔径为45～70μm，所述第二过滤层的厚度为5～10cm。
优选的，组成第一过滤层的基布为纳米纤维膜或无纺布。
最优的，所述纳米纤维膜为PVA-co-PE纳米纤维膜。
最优的，所述无纺布包括PP无纺布、PE无纺布或PET无纺布。
进一步地，所述第一气敏变色警报层中的白色织物为有机织物或针织物，所述第二气敏变色警报层中的白色织物为有机织物或针织物中的一种与MXene的复合材料。
优选的，所述有机织物包括棉布、亚麻布、黏胶布、丝毛布中的一种。
优选的，所述针织物包括氨纶针织物或羊毛针织物。
进一步地，所述第一气敏变色警报层的厚度为2～5cm，所述第二气敏变色警报层的厚度为3～10cm。
进一步地，所述MXene为Ti3C2Tx，Ti3CNTx，Nbn+1CnTx，Scn+1CnTx，Mon+1CnTx，Vbn+1CnTx，Vn+1CnTx，Crn+1CnTx，Zrn+1CnTx或Tan+1CnTx中的至少一种形成的二维层状材料，各材料分子式中的官能团T为羟基、氟离子或氧离子活性官能团；n为大于零的整数。
具体的，MXene材料的分子通式为Mn+1XnTx(n＝1，2，3)，M为过渡金属，如Ti，Nb，Mo，Vb，V，Ta，Zr，Cr，Sc，等，X为C或N，T为羟基、氟离子或氧离子活性官能团。
具体的，MXene材料的具体制备过程如下：
采用LiF与盐酸的混合液蚀刻前驱体材料MAX，控制反应温度为30～60℃，反应时间为12～60h，待反应充分完成后离心洗4～8次至中性，即可得到二维层状MXene材料。其中，前驱体材料MAX的通式为Mn+1AXn，其中A为Ⅲ或Ⅳ族元素。
优选的，盐酸的质量浓度为32％。
优选的，LiF与盐酸的质量比为(2～8):(8～2)。
为了更好的实现本发明目的，本发明还公开了上述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，它包括由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组合成一体，且由外向内各层的表面积梯度增加。
进一步地，所述第一过滤层的制备过程如下：
取基布清洗后取出，置于电正性PDDA溶液中活化处理后，再置于MXene溶液中浸泡处理，取出、烘干，即得到厚度为1～4cm的第一过滤层。
优选的，取基布经Plasma处理。
优选的，取基布在N2与H2的载气下，经Plasma处理10～60min。
优选的，电正性PDDA溶液浓度为0.1～5mg/mL。
优选的，电正性PDDA溶液为PDDA的脱氧去离子水溶液。
优选的，取基布清洗后取出，置于浓度为0.1～5mg/mL的电正性PDDA溶液中处理1～12h。
优选的，MXene溶液为MXene的水溶液或醇溶液或水醇混合液。优选的，MXene溶液浓度为5～50mg/mL。
优选的，在浓度为5～50mg/mL的MXene溶液中处理6～48h。
优选的，烘干条件为40～60℃的真空烘。
最优的，第一过滤层中MXene含量为2mg/cm2～10mg/cm2。
进一步地，所述第二过滤层的制备过程如下：
取MXene溶液与PVA-co-PE纳米纤维溶液经乳化剪切后进行冷冻干燥制得第二过滤层。
优选的，MXene溶液为MXene的水溶液或醇溶液或水醇混合液。
优选的，MXene溶液浓度为5～50mg/mL。
优选的，PVA-co-PE纳米纤维溶液为其醇溶液。
优选的，PVA-co-PE纳米纤维溶液浓度为0.5～10g/mL。
优选的，冷冻干燥为在超临界流体干燥器中进行。
优选的，冷冻干燥条件为：零下100℃～零下5℃，真空度为50～100Pa，冷冻干燥12～120h。
进一步地，所述第一气敏变色警报层的制备过程如下：
取PVA-co-PE纳米纤维溶液、气敏染剂与MXene溶液超声混合均匀，将混合液涂覆在白色织物的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆环氧树脂薄膜，干燥后即制得第一气敏变色警报层。
优选的，气敏染剂为普鲁士蓝、溴甲酚绿、聚苯胺、聚吡咯、三氧化钨、四氧化三锰中一种。
优选的，气敏染剂浓度为1～10mg/mL。
优选的，MXene溶液为MXene的水溶液或醇溶液或水醇混合液。
优选的，MXene溶液浓度为5～15mg/mL。
优选的，PVA-co-PE纳米纤维溶液为其醇溶液。
优选的，PVA-co-PE纳米纤维溶液浓度为0.5～10g/mL。
优选的，取PVA-co-PE纳米纤维溶液、气敏染剂与MXene溶液在N2环境下冰浴超声均匀混合1～6h得混合液。
优选的，环氧树脂浓度为0.2～5mg/mL
进一步地，所述第二气敏变色警报层的制备过程如下：
在白色织物的反面复合MXene膜，在白色织物的反面涂覆混合液和环氧树脂薄膜的过程同第二气敏变色警报层。
优选的，在白色织物的反面涂覆MXene溶液，干燥后得复合MXene膜。
优选的，MXene膜厚度为1～3cm。
优选的，MXene溶液同气敏变色膜中的MXene溶液。
本发明制得的MXene基复合材料发挥功能的原理如下：
首先基布与聚二烯丙基二甲基氯化铵、MXene制得的第一过滤层材料具备45～70μm的孔径，其可有效阻挡粒径大于70μm，且会影响气敏变色警报层警报效率的矿尘；其次，与第一过滤层相邻设置有第一气敏变色警报层，该第一气敏变色警报层中的PVA-co-PE纳米纤维与环氧树脂形成无色透明膜，气敏染色剂均匀分散于亲水性MXene片层表面与间隙，当检测到矿井有毒气体时，该第一气敏变色警报层可发生明显的颜色变化以提醒矿井作业人员井下可能存在的安全隐患；与第一气敏变色警报层紧密相挨着的是第二过滤层，该第二过滤层利用MXene材料中含有的丰富官能团如-F、-OH、-O等，为井下H2S、NO2、SO2、CH4等有毒气体提供大量反应位点，实现矿井毒气催化分解；同时，与第二过滤层相邻设置有第二气敏变色警报层，该第二气敏变色警报层的作用原理与第一气敏变色警报层相似，不同之处在于，第二气敏变色警报层的一个表面还设有一层厚度在1～3cm的MXene膜，该MXene膜可进一步与有毒气体反应，为矿井作业人员提供双重警示与保护作用。
本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：
本发明设计的MXene基复合材料在对矿尘过滤的基础上，还对矿井有毒气体产生明显的颜色变化以达到预警的目的，在井下作业时，穿戴由本发明设计材料制备的装置，为矿井作业人员提供双重警示与保护作用，从而尽可能的减少井下作业事故的发生。
附图说明
图1为本发明制得MXene基复合材料的结构示意图；
图2为Ti3C2Tx膜的电镜图；
图3为图2中Ti3C2Tx膜的红外图谱；
图4为图2中Ti3C2Tx膜的X射线衍射图；
图5为图2中Ti3C2Tx膜的拉曼光谱图(Raman)。
其中，图1中标号如下：
第一过滤层1、第一气敏变色警报层2、第二过滤层3、第二气敏变色警报层4。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
本实施例提供了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，具体制备过程如下：
Ti3C2Tx材料的制备：采用质量比为2:8的LiF与HCl(32wt％)混合溶液蚀刻其前驱体材料Ti3AlC2中元素Al，温度为30℃，反应时间为12h，待反应充分完成后3500转离心洗4次，即可得到二维层状Ti3C2Tx材料。
结合图2、图3、图4和图5可知，本实施例成功制得二维层状Ti3C2Tx材料。
制备第一过滤层：该第一过滤层为Ti3C2Tx/PDDA/基布复合材料，平均孔径为45μm，具体制备过程如下：
取厚度为0.2cm的PVA-co-PE纳米纤维膜，在N2与H2的载气下，先经Plasma处理10min，再浸泡于1mg/mL电正性PDDA溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的脱氧去离子水溶液)中1h，最后浸泡于5mg/mL Ti3C2Tx溶液(溶剂为水)中处理6h，取出后置于真空烘干，具体的40℃烘干，制得MXene含量为2mg/cm2，厚度为1cm的Ti3C2Tx基矿尘过滤层。
制备第二过滤层：取浓度为5mg/mL的Ti3C2Tx溶液(溶剂为水)，1g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)，在氮气气氛下乳化剪切10min后放入超临界流体干燥器中，零下100℃，真空度为50Pa条件下冷冻干燥12h后取出，放至室温后取出样品得到厚度为5mm的Ti3C2Tx气凝胶。
制备第一气敏变色警报层：取浓度为0.5g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)、浓度为1mg/mL气敏染剂(优选为普鲁士蓝)与浓度为0.2mg/mL的Ti3C2Tx溶液(溶剂为水)在N2环境下冰浴超声均匀混合1h得混合液，将混合液涂覆(优选为喷涂)在白色织物(优选为棉布)的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆厚度为0.05mm的环氧树脂薄膜，环氧树脂与气敏变色膜中PVA-co-PE纳米纤维复合可得到透明的，厚度约为2cm的Ti3C2Tx基气敏变色膜。
制备第二气敏变色警报层：在白色织物的反面复合厚度约为1cm的Ti3C2Tx膜，在白色织物的反面涂覆混合液和环氧树脂薄膜的过程同第二气敏变色警报层。
然后由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组装合一体。
实施例2
本实施例提供了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，具体制备过程如下：
Vb4C3Tx材料的制备：采用质量比为3:7的LiF与HCl(32wt％)混合溶液蚀刻其前驱体材料Vb4AlC3中元素Al，温度为50℃，反应时间为24h，待反应充分完成后3500转离心洗5次，即可得到二维层状Vb4C3Tx材料。
制备第一过滤层：该第一过滤层为Vb4C3Tx/PDDA/基布复合材料，平均孔径为50μm，具体制备过程如下：
取PP无纺布，在N2与H2的载气下，先经Plasma处理15min，再浸泡于2mg/mL电正性PDDA溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的脱氧去离子水溶液)中2h，最后浸泡于10mg/mLVb4C3Tx溶液(溶剂为乙醇)中处理6h，取出后置于真空烘干，具体的50℃烘干，制得MXene含量为4mg/cm2，厚度为2cm的Vb4C3Tx基矿尘过滤层。
制备第二过滤层：取浓度为10mg/mL的Vb4C3Tx溶液(溶剂为乙醇)，2g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)，在氮气气氛下乳化剪切15min后放入超临界流体干燥器中，零下80℃，真空度为60Pa条件下冷冻干燥48h后取出，放至室温后取出样品得到厚度为7cm的Vb4C3Tx气凝胶。
制备第一气敏变色警报层：取浓度为2g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)、浓度为2mg/mL的气敏染剂(优选为溴甲酚绿)与浓度为1mg/mL的Vb4C3Tx溶液(溶剂为乙醇)在N2环境下冰浴超声均匀混合1h得混合液，将混合液涂覆(优选为喷涂)在白色织物(优选为亚麻布)的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆厚度为1mm的环氧树脂薄膜，环氧树脂与气敏变色膜中PVA-co-PE纳米纤维复合可得到透明的，厚度约为3cm的Vb4C3Tx基气敏变色膜。
制备第二气敏变色警报层：在白色织物的反面复合厚度约为1cm的Vb4C3Tx膜，在白色织物的反面涂覆混合液和环氧树脂薄膜的过程同第二气敏变色警报层。
然后由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组装合一体。
实施例3
本实施例提供了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，具体制备过程如下：
Nb2C2Tx材料的制备：采用质量比为5:5的LiF与HCl(32wt％)混合溶液蚀刻其前驱体材料Nb2AlC2中元素Al，温度为50℃，反应时间为36h，待反应充分完成后3500转离心洗6次，即可得到二维层状Nb2C2Tx材料。
制备第一过滤层：该第一过滤层为Nb2C2Tx/PDDA/基布复合材料，平均孔径为60μm，具体制备过程如下：
取厚度为0.6cm的PVA-co-PE纳米纤维膜，在N2与H2的载气下，先经Plasma处理20min，再浸泡于4mg/mL电正性PDDA溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的脱氧去离子水溶液)中3h，最后浸泡于20mg/mL Nb2C2Tx溶液(溶剂为异丙醇)中处理12h，取出后置于真空烘干，具体的60℃烘干，制得MXene含量为6mg/cm2，厚度为3cm的Nb2C2Tx基矿尘过滤层。
制备第二过滤层：取浓度为15mg/mL的Nb2C2Tx溶液(溶剂为异丙醇)，10g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)，在氮气气氛下乳化剪切20min后放入超临界流体干燥器中，零下70℃，真空度为70Pa条件下冷冻干燥48h后取出，放至室温后取出样品得到厚度为8cm的Nb2C2Tx气凝胶。
制备第一气敏变色警报层：取浓度为10g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)、浓度为4mg/mL的气敏染剂(优选为三氧化钨)与浓度为4mg/mL的Nb2C2Tx溶液(溶剂为异丙醇)在N2环境下冰浴超声均匀混合5h得混合液，将混合液涂覆(优选为喷涂)在白色织物(优选为丝毛布)的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆厚度为1mm的环氧树脂薄膜，环氧树脂与气敏变色膜中PVA-co-PE纳米纤维复合可得到透明的，厚度约为3cm的Nb2C2Tx基气敏变色膜。
制备第二气敏变色警报层：在白色织物的反面复合厚度约为1cm的Nb2C2Tx膜，在白色织物的反面涂覆混合液和环氧树脂薄膜的过程同第二气敏变色警报层。
然后由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组装合一体。
实施例4
本实施例提供了一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，具体制备过程如下：
V2CTx材料的制备：采用质量比为8:2的LiF与HCl(32wt％)混合溶液蚀刻其前驱体材料V2AlC中元素Al，温度为60℃，反应时间为60h，待反应充分完成后3500转离心洗8次，即可得到二维层状V2CTx材料。
制备第一过滤层：该第一过滤层为V2CTx/PDDA/基布复合材料，平均孔径为70μm，具体制备过程如下：
取厚度为0.8cm的PE无纺布，在N2与H2的载气下，先经Plasma处理30min，再浸泡于5mg/mL电正性PDDA溶液(聚二烯丙基二甲基氯化铵的脱氧去离子水溶液)中6h，最后浸泡于50mg/mL V2CTx溶液(溶剂为丙醇)中处理48h，取出后置于真空烘干，具体的50℃烘干，制得MXene含量为10mg/cm2，厚度为4cm的V2CTx基矿尘过滤层。
制备第二过滤层：取浓度为50mg/mL的V2CTx溶液(溶剂为丙醇)，10g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)，在氮气气氛下乳化剪切30min后放入超临界流体干燥器中，零下60℃，真空度为50Pa条件下冷冻干燥120h后取出，放至室温后取出样品得到厚度为10cm的V2CTx气凝胶。
制备第一气敏变色警报层：取浓度为10g/mL的PVA-co-PE纳米纤维溶液(溶剂为醇)、浓度为10mg/mL气敏染剂(优选为四氧化三锰)与浓度为10mg/mL的V2CTx溶液(溶剂为丙醇)在N2环境下冰浴超声均匀混合4h得混合液，将混合液涂覆(优选为喷涂)在白色织物(优选为氨纶针织物)的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆厚度为2mm的环氧树脂薄膜，环氧树脂与气敏变色膜中PVA-co-PE纳米纤维复合可得到透明的，厚度约为2cm的V2CTx基气敏变色膜。
制备第二气敏变色警报层：在白色织物的反面复合厚度约为1cm的V2CTx膜，在白色织物的反面涂覆混合液和环氧树脂薄膜的过程同第二气敏变色警报层。
然后由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组装合一体，且如1所示，由外向分别包括第一过滤层1、第一气敏变色警报层2、第二过滤层3及第二气敏变色警报层4，且各层的表面积梯度增加，从而保证内部气敏变色警报层的颜色差异可被明显观测。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，由外向内它由第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组成，所述第一过滤层为基布、MXene及PDDA的复合材料，所述第二过滤层为气凝胶状MXene，所述第一气敏变色警报层与第二气敏变色警报层由上至下由环氧树脂薄膜、气敏变色膜和白色织物组成，所述气敏变色膜为PVA-co-PE纳米纤维、气敏染剂与MXene制得。
2.根据权利要求1所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，其特征在于：所述第一过滤层的厚度为1～4cm，第一过滤层的孔径为45～70μm，所述第二过滤层的厚度为5～10cm。
3.根据权利要求1所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，其特征在于：所述第一气敏变色警报层中的白色织物为有机织物或针织物，所述第二气敏变色警报层中的白色织物为有机织物或针织物中的一种与MXene的复合材料。
4.根据权利要求3所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，其特征在于：所述第一气敏变色警报层的厚度为2～5cm，所述第二气敏变色警报层的厚度为3～10cm。
5.根据权利要求1或2或3或4所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料，其特征在于：所述MXene为Ti3C2Tx，Ti3CNTx，Nbn+1CnTx，Scn+1CnTx，Mon+1CnTx，Vbn+1CnTx，Vn+ 1CnTx，Crn+1CnTx，Zrn+1CnTx或Tan+1CnTx中的至少一种形成的二维层状材料，各材料组成分子式中的官能团T为羟基、氟离子或氧离子活性官能团。
6.一种权利要求1所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，它包括由外向内分别将第一过滤层、第一气敏变色警报层、第二过滤层及第二气敏变色警报层组合成一体，且由外向内各层的表面积梯度增加。
7.根据权利要求6所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，其特征在于：所述第一过滤层的制备过程如下：
取基布清洗后取出，置于电正性PDDA溶液中活化处理后，再置于MXene溶液中浸泡处理，取出、烘干，即得到厚度为1～4cm的第一过滤层。
8.根据权利要求6或7所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，其特征在于：所述第二过滤层的制备过程如下：
取MXene溶液与PVA-co-PE纳米纤维溶液经乳化剪切后进行冷冻干燥制得第二过滤层。
9.根据权利要求6所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，其特征在于：所述第一气敏变色警报层的制备过程如下：
取PVA-co-PE纳米纤维溶液、气敏染剂与MXene溶液超声混合均匀，将混合液涂覆在白色织物的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆环氧树脂薄膜，干燥后即制得第一气敏变色警报层。
10.根据权利要求6或9所述具备矿井尘毒气体警报及过滤功能的MXene基复合材料的制备方法，其特征在于：所述第二气敏变色警报层的制备过程如下：
在白色织物的反面复合MXene膜，将PVA-co-PE纳米纤维溶液、气敏染剂与MXene溶液经超声混合均匀的混合液涂覆在白色织物的正面得气敏变色膜，再在气敏变色膜表面涂覆环氧树脂薄膜，干燥后即制得第二气敏变色警报层。
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