CN112973469B - 高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法 - Google Patents

高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法,所述复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构。本发明制备方法包括前驱体合成与预处理、纳米纤维自聚合组装、均相沉积制膜三个步骤。本发明为解决现有的二维金属碳化物或氮化物MXene的二维横向结构易碎、易堆叠且透水性差，回收率低的问题，制备的碳化钛复合膜具有透水性高、截留能力大、稳定性强和可降解的特点，制备方法成本低、污染小，易于规模化推广应用。

Description

高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料、复合膜及其制备方法。
背景技术
膜分离是一种清洁高效，低能耗和易于操作的水处理技术，其在废水的脱盐、重金属脱除、资源化过程均受到研究者的广泛关注。常见的分离膜包括压力驱动膜(如超滤，纳滤，反渗透)，电驱动膜(电渗析，膜电解)和新型合成纳米杂化膜。新型纳米杂化膜根据其不同合成制备方式可实现膜的优良性能的差异化，达到光电催化氧化、选择性吸附和分子筛的目的，各种不同的性能是研究热点。但是，新型纳米杂化膜结构的构建以及膜性能(如：透水性、拦截效率和分离选择性)的提升优化研究仍然是具有挑战性的难题。近年来，已经使用各种修饰方法来增强纳米混合膜的性能，大力致力于提高其渗透性，选择性和催化性能。
然而，优化纳米混合膜的微观结构以实现优异的催化和拦截性能仍然是一个挑战。Ti3C2Tx-MXene是一种新型的具有石墨烯状结构的二维片材，是一种极好的薄膜前体。由于其优异的电导率，亲水性和光催化作用，MXene在催化和电容器领域已得到广泛研究。但是，Ti3C2Tx的二维横向结构易碎，易堆叠且渗透性差，这限制了其在水处理中的应用。为了解决这个问题，研究人员采用了纳米骨架结构来支撑MXene，以提高其渗透性等。以碳纳米管(CNTs)为骨架，支撑MXene，以提高从水中的金的回收率。该方法将MXene的渗透性提高了200倍，但此法的大规模使用受到碳纳米管的昂贵性的限制。碳纳米管骨架昂贵，制备困难，且表面基团较少，且仍存在MXene塌陷造成膜的稳定性和透水性下降的可能。
因此，亟需开发一种新型高效的MXene纳米杂化膜以解决现有技术中存在的膜性能(透水性、稳定性、拦截效率和分离选择性)差的问题，为重金属有机废水处理尤其去除废水中铍及其络合物提供一条新途径。
发明内容
为解决上述问题，本发明目的在于提供一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料(MXene/nZVI@FH复合膜)及其制备方法，解决了现有的二维金属碳化物或氮化物MXene的二维横向结构易碎、易堆叠且透水性差，回收率低的问题，制备的高透水性碳化钛复合膜具有透水性高、截留能力大、稳定性强和可降解的特点，制备工艺成本低、污染小，易于规模化推广应用。
为实现上述目的，本发明首先提供了一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，所述高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，所述纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构。
优选的，所述高透水性碳化钛复合材料包括MXene纳米片包裹菌丝纳米纤维结构(MXene-FH)、纳米零价铁与菌丝纳米纤维相连结构(nZVI-FH)、纳米零价铁分散在MXene纳米片层间结构(nZVI-MXene)；所述nZVI-MXene纳米结构是由还原剂还原均匀负载在MXene纳米片表面的亚铁离子形成的纳米零价铁原位嫁接于MXene纳米片层间形成的；所述nZVI-FH纳米结构是由还原剂还原吸附于菌丝纳米纤维表面的亚铁离子形成的纳米零价铁原位嫁接于菌丝纳米纤维表面形成的；所述MXene-FH纳米结构是由于zeta电位差异和表面基团络合而形成的稳定配位和吸附于MXene-FH纳米结构连接处的亚铁原位沉积形成的。
进一步的，所述MXene纳米片由盐酸、氟化锂蚀刻碳铝钛所得；所述MXene纳米片负载的纳米零价铁由还原剂还原MXene纳米片表面分散的亚铁离子所得，所述菌丝纳米纤维负载的纳米零价铁由还原剂还原菌丝纳米纤维表面分散的亚铁离子所得；所述菌丝纳米纤维由真菌菌丝破碎灭活洗涤、超声分散后所得。
进一步的，所述MXene纳米片、纳米零价铁和菌丝纳米纤维的质量百分比为：3.10％-60％：10％-60％：10％-80％。
作为一个总得发明构思，本发明还提供了上述高透水性碳化钛复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1前驱体合成与预处理：培养真菌菌丝，获得菌丝球，将菌丝球破碎灭活洗涤后，加入亚铁溶液，调节溶液pH值不高于7，超声分散得到铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1；使用盐酸、氟化锂蚀刻碳铝钛，超声分散，高速离心分离纯化至上清液pH值大于6，向上清液加入亚铁溶液，调节溶液pH值不高于7，超声分散得到铁基碳化钛纳米片分散液Q2；
S2纳米纤维自聚合组装：按比例混合铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1与铁基碳化钛纳米片分散液Q2，在5-80℃水浴条件下低速回流搅拌自聚合形成铁基聚合态纳米纤维悬浮液Q3；
S3均相沉积制膜:向Q3溶液中逐滴加入还原剂，边加边搅拌，均相沉积形成包含有纳米铁插层碳化钛包覆菌丝结构的悬混液Q4，将悬混液Q4洗涤抽滤干燥得高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料。
进一步的，上述方法步骤S1中，为控制插层量，所述铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1浓度为5-30g/L；所述铁基碳化钛纳米片分散液Q2浓度为的5-30g/L时；步骤S2中Q1与Q2按1：0.5-3比例混合。
进一步的，上述方法步骤S1中，所述纯化方式为用去离子水洗涤并以3500rpm离心，直到上清液pH>6.0停止纯化。
进一步的，上述方法中，所述亚铁溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或多种，所述亚铁溶液pH值不高于6。
进一步的，上述方法步骤S3中，为控制颗粒沉积分散性，所述还原剂的还原性高于亚铁离子，所述还原剂为硼氢化钠、氯化亚锡、硼氢化钾和硫代硫酸钠中的一种或多种。
进一步的，上述方法中，步骤S3中，所述搅拌条件为：搅拌温度为5-80℃，搅拌速率不高于10mL/min。
进一步的，上述方法中，所述菌丝球通过培养包括黑曲霉、白腐菌在内的丝状真菌获得。
作为一个总得发明构思，本发明还提供了高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜及其制备方法，所述复合膜是将上述方法制备得到的含有纳米铁插层碳化钛包覆菌丝结构的悬混液Q4用纤维膜骨架抽滤洗涤后得高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜。
本发明有如下有益效果：
1.透水性好：本发明高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料和复合膜(MXene/nZVI@FH复合膜)具有较好的透水性。原有的Ti3C2Tx的二维横向结构易碎，易堆叠且渗透性差，本发明中碳化钛将纳米铁和菌丝纳米纤维(nZVI@FH)改性，由菌丝作为骨架，中间分布纳米铁插层，中孔和大孔增加，从而为水分子提供了足够的纳米通道，可使水分子快速通过MXene/nZVI@FH杂化膜。经实验测定，本发明中MXene/nZVI@FH，其渗透率达到6.10×10-15m2，比MXene提高301倍。
2.比表面积大：本发明中MXene/nZVI@FH具有较大的比表面积。经碳化钛改性，菌丝表面可包裹大量的碳化钛纳米片，极大地增大了菌丝的比表面积。
3.表面含氧基团：本发明中MXene/nZVI@FH所含的含氧基团数量增加。MXene/nZVI纳米片的络合增加了菌丝表面的官能团负载位点，在菌丝表面可以吸附更多的含氧基团。
4、去除效果好：透水性的增强、比表面积的增大以及表面含氧基团的增多大大提升了MXene/nZVI@FH从废水中去除重金属铍的能力。MXene/nZVI@FH的透水性增强，水分子通过的速度加快，使得过滤的速率加快；MXene/nZVI@FH比表面积的增大，与废水的接触面积增大，可吸附更多的金属离子，使得MXene/nZVI@FH的吸附量增大；菌丝表面可吸附的含氧基团增多，可稳定的吸附金属离子，且不会被其他离子置换，使得MXene/nZVI@FH的吸附效果增强。
5、催化性能强：MXene/nZVI@FH水溶液中会产生具有极强氧化还原电位的羟基自由基，吸附在MXene/nZVI@FH的内部结构中，会促进Be(NH2)2的氧化分解，使得铍离子被释放出来，并被MXene/nZVI@FH吸附。
本发明所述菌丝纳米纤维作为具有可降解特性的宏观环境载体，所述MXene纳米片和纳米片层间的纳米零价铁为分布均匀且稳定的纳米催化结构单元。本发明高透水性碳化钛复合膜为网状插层结构，网状插层结构增强材料的活化性能，可通过使用0.1M HCl溶液浸提进行重复使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种菌丝纤维碳化钛复合膜的制备工艺流程示意图。
图2为菌丝纤维碳化钛复合膜的成果图。
图3为菌丝纤维碳化钛复合膜的扫描电子显微镜图。
图4为菌丝纤维碳化钛复合膜的傅里叶红外光谱分析。
图5为菌丝纤维碳化钛复合膜的X射线光电子能谱。
图6为菌丝纤维碳化钛复合膜在室温下的磁滞回线曲线。
图7为菌丝纤维碳化钛复合膜不同状态下产生羟基自由基强度分析。
图8为菌丝纤维碳化钛复合膜降解不同浓度的铍氨络合物效果。
图9为pH值对菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的影响。
图10为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的L,F等温线研究。
图11为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的D-R等温线研究。
图12为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的动力学研究。
图13为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的伪一级动力学模拟。
图14为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的伪二级动力学模拟。
图15为菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的热力学模拟。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；若未特别指明，实施例中所用试剂均为市售。
本发明涉及到的百分号“％”，若未特别说明，是指质量百分比；但溶液的百分比，除另有规定外，是指100mL溶液中含有溶质的克数。
本发明所述重量份可以是μg、mg、g、kg等本领域公知的重量单位，也可以是其倍数，如1/10、1/100、10倍、100倍等。
实施例1：一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，所述纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构。高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料及高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜(MXene/nZVI@FH)采用以下方法制备得到：
(1)用接种环接种适量黑曲霉菌的真菌菌种(ATCC 16404)于200mL培养基(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、磷酸二氢钾2.0g/L，七水合硫酸镁1.0g/L，pH＝5.5、30摄氏度，175rpm)中旋转培养，获得黑曲霉菌丝小球，通过煮沸使菌丝体失活，然后破碎并洗涤三次,得到FH纳米纤维水悬浮液。
(2)用量筒量取40mL 9mol/L HCl，精密称量2.0g LiF，倒入烧杯中，用磁力搅拌器搅拌30分钟，获得蚀刻溶液；将2.0g Ti3AlC2分次加入蚀刻液中，35℃连续搅拌24h，获得不纯的悬浮液；将得到的悬浮液以3500rpm离心10分钟，用去离子水洗涤三次，并超声分散10min，直至溶液pH>6.0,得到纯化的Ti3C2TX MXene纳米片分散液。
(3)用量筒量取30mL预先制备的8.0g/L FH纳米纤维水悬浮液，加入到200mL5.0g/L FeSO4·7H2O溶液中；用量筒量取120mL预先制备的2.0g/L MXene纳米片分散液，加入到200mL 5.0g/L FeSO4·7H2O溶液中，调节上述溶液pH值为7，超声分散并搅拌30min，得到铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1和铁基碳化钛纳米片分散液Q2；将将Q1和Q2混合后在25℃水浴条件下低速回流搅拌自聚合形成铁基聚合态纳米纤维悬浮液Q3；将Q3移入三颈烧瓶内，边搅拌边在氮气条件下以3.2mL/min的速率滴加200mL 5.0g/L NaBH4溶液，滴加完后继续搅拌30min；将混合溶液离心，用去离子水和无水乙醇洗涤几次，获得高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料。将高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料均匀分散在聚四氟乙烯膜上，得到高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜(MXene/nZVI@FH，如图2所示)。
实施例2：一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜(MXene/nZVI@FH)采用以下方法制备得到：
(1)用接种环接种适量黑曲霉菌的真菌菌种于200mL培养基(马铃薯200g/L、葡萄糖20g/L、磷酸二氢钾2.0g/L，七水合硫酸镁1.0g/L，pH＝5.5、30摄氏度，175rpm)中培养，获得黑曲霉菌丝小球，通过煮沸使菌丝体失活，然后破碎并洗涤几次，得到FH纳米纤维水悬浮液。
(2)用量筒量取40mL 9mol/L HCl，精密称量2.0g LiF，倒入烧杯中，用磁力搅拌器搅拌30分钟，获得蚀刻溶液；将2.0g Ti3AlC2分次加入蚀刻液中，35℃连续搅拌24h，获得不纯的悬浮液；将得到的悬浮液以3500rpm离心10分钟，用去离子水洗涤几次，并超声分散10min，直至溶液pH>6.0,得到纯化的Ti3C2TX MXene纳米片分散液。
(3)用量筒量取30mL预先制备的8.0g/L FH纳米纤维水悬浮液，加入到190mL5.0g/L FeSO4·7H2O溶液中，在氮气条件下搅拌30min；用量筒量取120mL预先制备的2.0g/LMXene纳米片分散液，加入到200mL 5.0g/L FeSO4·7H2O溶液中，调节上述溶液pH值为4，超声分散并搅拌40min，得到铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1和铁基碳化钛纳米片分散液Q2；将Q1和Q2混合后在25℃水浴条件下低速回流搅拌自聚合形成铁基聚合态纳米纤维悬浮液Q3；将Q3移入三颈烧瓶内，边搅拌边在氮气条件下以3.2mL/min的速率滴加200mL 5.0g/L NaBH4溶液，获得高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料。将高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料均匀分散在聚四氟乙烯膜上，得到高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜。
实验例：对实施例1制备得到的高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜(MXene/nZVI@FH)进行表征，以检测它的性质。
(1)渗透性：用量筒量取20mL MXene(碳化钛纳米片)、FH(菌丝纳米纤)、MXene@FH(碳化钛菌丝纳米纤维)、MXene/nZVI@FH(高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜)、PTFE(滤膜垫层)分别加入到有效面积为11.56(3.4×3.4)cm2的真空过滤装置中，在1.0bar的压力差下，通过水溶液测试渗透性，结果见表1，试验结果显示：10℃、33.82kPa时MXene/nZVI@FH的渗透率为6.10×10-15m2，是纯MXene膜的301倍。实验结果表明菌丝纤维碳化钛复合膜中孔和大孔增加nZVI和FH纳米纤维，从而为水分子提供足够的纳米通道，以使其快速通过。
表1不同膜材料渗透性试验数据
Figure BDA0002935418340000071
Figure BDA0002935418340000081
(2)形态：将MXene/nZVI@FH真空干燥后，置于扫描电子显微镜(Hitachi S4800,Japan)上，观察其形貌和截面，从图3的结果可知：MXene/nZVI@FH呈多维链状夹心结构，超声处理后，MXene/nZVI@FH仍保持良好形状，表明其具良好的稳定性。
(3)红外光谱：对MXene/nZVI@FH进行红外光谱扫描，从图4中可知MXene/nZVI@FH在1350cm-1、2930cm-1、1620cm-1处具有O-H、-CH2-、C＝O吸收峰，丰富的表面基团的存在有利于铍等重金属离子在材料表面的吸附过程。
(4)X射线光电子能谱：对MXene/nZVI@FH进行X射线光电子能谱扫描，如图5a所示，C1s峰的位置在281.23、284.63、286.33和288.08eV处指示Ti-C，C-C，C-O和O-C＝O，表明MXene/nZVI@FH表面存在大量的含氧基团和MXene；如图5b所示O1s的模拟峰分别在529.68、530.58、531.30和532.50eV处具有Fe-O，Ti-O，C-OH和C＝O的特征，表明MXene-FH，nZVI-FH，nZVI-MXene的强结合表面上含氧基团的螯合；同时如图6所示，MXene/nZVI@FH在室温下显示出37emu/g的优良铁磁性能，分析为在MXene/FH纳米纤维的表面引入nZVI纳米球的改性过程大大增强了MXene/nZVI@FH的磁性。
实施例3：考察实施例1制备得到的高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜(MXene/nZVI@FH)对铍-氨络合物溶液中捕获铍的应用。
(1)羟基自由基产生强度试验：破络合的主要原因是羟基自由基，因此通过DMPO固定剂研究了不同pH值、不同溶解氧条件下水溶液体系中MXene/nZVI@FH产生羟基自由基的量。设定溶液pH值为7、9和11，气氛条件为空气，纯氧气和氮气条件的影响，结果如图7所示，揭示了pH 5，氧气条件下羟基自由基产生量大DMPO-OH达1815.66，相当于同pH值空气的1080.88和氮气的47.68，结果表明MXene/nZVI@FH产生羟基自由基需要有氧气的参与。当溶液pH值为7时DMPO-OH信号强度为411.05，高于pH值9时的236.15和pH11时的161.41。因此，研究表明MXene/nZVI@FH复合膜产生羟基自由基的破铍氨络合的最佳条件为有氧酸性条件下。
(2)菌丝纤维碳化钛复合膜降解不同浓度的铍氨络合物效果：研究了初始氨氮浓度为100mg/L，铍浓度为10-50mg/L，在25摄氏度pH值为5的情况下进行破络合反应，结果如图8所示，研究表明溶解氧的含量对氨氮的去除率有明显的影响。在氧气条件下，NH3-N的去除率从氮气条件下的21.08％提高到92.12％，反应在200min左右达到平衡。以初始浓度为10、30和50mg/L铍进行实验，在氧气条件下菌丝纤维碳化钛吸附铍氨络合废水中的铍的吸附量分别为26.47、62.13和72.55mg/g，但氮气条件下仅为13.18，23.13和26.45mg/g。结果表明，在氧气存在下促进了铍氨络合物的分解，但在氮气条件下无法实现。
(3)菌丝纤维碳化钛复合膜对铍去除效果：研究了不同pH值的影响如图9所示，菌丝纤维碳化钛复合膜对铍的去除随着pH值的升高而升高，表明pH值越高越有利于铍的去除。菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的Langmuir和Frundlich等温线如图10所示，拟合研究表明铍氨络合废水中铍的吸附过程更加符合Langmuir吸附等温线，说明铍在菌丝纤维碳化钛复合膜表明的吸附属于单分子层吸附为主导，研究了菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的D-R等温线如图11所示，研究表明D-R等温线对吸附数据拟合度很高，且吸附能计算为6.03-10.84kJ/mol对应的不同温度条件，较高的吸附能说明菌丝纤维碳化钛复合膜对铍的吸附属于化学竞争吸附为主。
(4)菌丝纤维碳化钛复合膜对铍去除效果：研究了不同温度下菌丝纤维碳化钛对铍吸附的动力学，如图12所示温度越高吸附量越大，说明菌丝纤维碳化钛对铍的吸附属于吸热反应，35摄氏度时候平衡吸附量为89.77mg/g，对于25摄氏度的69.95mg/g和15摄氏度的43.19mg/g，揭示了升高温度有利于菌丝纤维碳化钛破络吸附镉离子。
(5)菌丝纤维碳化钛复合膜对铍去除效果：菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的伪一级动力学曲线和伪二级动力学如图13,14所示，结果表明菌丝纤维碳化钛材料对铍氨络合废水中铍的吸附更加符合伪二级动力学方程，说明吸附过程属于化学吸附中的表面络合吸附。
(6)菌丝纤维碳化钛复合膜对铍去除效果：菌丝纤维碳化钛复合膜处理铍氨络合废水的热力学拟合如图15所示，结果表明，在初始氨浓度为100mg/L,铍浓度为9.84-192.89mg/L时候，ΔH0分别为49.86到29.41kJ/mol。研究范围内任意浓度和任意温度下吉布斯自由能都为负值，说明吸附过程是自发且容易发生的。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，所述高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料包括MXene纳米片、纳米零价铁和作为骨架的菌丝纳米纤维；所述MXene纳米片和菌丝纳米纤维负载纳米零价铁，所述纳米零价铁嫁接于MXene纳米片层间和菌丝纳米纤维表面；所述菌丝纳米纤维包裹所述负载有纳米零价铁的MXene纳米片；所述菌丝纳米纤维之间相互缠绕链接成网状插层结构,所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料的制备方法包括如下步骤：
S1前驱体合成与预处理：培养真菌菌丝，获得菌丝球，将菌丝球破碎灭活洗涤后，加入亚铁溶液，调节溶液pH值不高于7，超声分散得到铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1；使用盐酸、氟化锂蚀刻碳铝钛，超声分散，高速离心分离纯化至上清液pH值大于6，向得到的悬浮液中加入亚铁溶液，调节溶液pH值不高于7，超声分散得到铁基碳化钛纳米片分散液Q2；
S2纳米纤维自聚合组装：按比例混合铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1与铁基碳化钛纳米片分散液Q2，在5-80℃水浴条件下低速回流搅拌自聚合形成铁基聚合态纳米纤维悬浮液Q3；
S3均相沉积制膜:向Q3溶液中逐滴加入还原剂，边加边搅拌，均相沉积形成包含有纳米铁插层碳化钛包覆菌丝结构的悬混液Q4，将悬混液Q4洗涤抽滤干燥得高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料。
2.根据权利要求1所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，所述MXene纳米片由盐酸、氟化锂蚀刻碳铝钛所得；所述MXene纳米片负载的纳米零价铁由还原剂还原MXene纳米片表面分散的亚铁离子所得，所述菌丝纳米纤维负载的纳米零价铁由还原剂还原菌丝纳米纤维表面分散的亚铁离子所得；所述菌丝纳米纤维由真菌菌丝破碎灭活洗涤、超声分散后所得。
3.根据权利要求1所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，所述MXene纳米片、纳米零价铁和菌丝纳米纤维的质量百分比为：10％-60％：10％-60％：10％-80％。
4.根据权利要求1所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，步骤S1中，所述铁基菌丝纳米纤维悬浮液Q1浓度为5-30g/L；所述铁基碳化钛纳米片分散液Q2浓度为的5-30g/L时；步骤S2中Q1与Q2按1：0.5-3比例混合；
和/或，步骤S1中，所述纯化方式为用去离子水洗涤并以3500rpm离心，直到上清液pH>6.0停止纯化。
5.根据权利要求1所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，所述亚铁溶液为硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的一种或多种，所述亚铁溶液pH值不高于6；
和/或，步骤S3中，所述还原剂的还原性高于亚铁离子，所述还原剂为硼氢化钠、氯化亚锡、硼氢化钾和硫代硫酸钠中的一种或多种；
和/或，步骤S3中，所述搅拌条件为：搅拌温度为5-80℃，搅拌速率不高于10mL/min。
6.根据权利要求1所述的高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料，其特征在于，所述菌丝球通过培养包括黑曲霉、白腐菌在内的丝状真菌获得。
7.一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-6任一项所述高透水性菌丝纤维碳化钛复合材料制备得到的含有纳米铁插层碳化钛包覆菌丝结构的悬混液Q4用纤维膜骨架抽滤洗涤得高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纤维膜骨架为聚四氟乙烯膜。
9.一种高透水性菌丝纤维碳化钛复合膜，其特征在于，由权利要求7-8任一项所述制备方法制备得到。
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