CN113351036B - 一种镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用，属于膜分离技术领域。在惰性气体中，将水溶性镧系元素金属盐类和乙酸钠水溶液混合，得到混合液；将混合液与含氟盐类水溶液混合，进行沉淀反应，得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液；将镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液沉积在多孔基底上，干燥，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片膜，多孔基底为聚醚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。本发明制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜具有渗透性能好、分离精度高、稳定性好的特点，且制备方法简单；当所述多孔基底为无机膜时，制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜具有良好的耐溶剂性和分离性能。

Description

一种镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及膜分离技术领域，尤其涉及一种镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着全球经济的快速发展，由人类的生产和生活活动导致的水污染问题日益加重，积极开发高效的可持续发展技术来获得清洁淡水是人类迫切需要解决的问题。基于膜分离的水处理技术具有能耗低、处理效率高和易于模块化等优势，在应对水资源短缺、保障饮用水安全以及水污染治理中发挥了重要作用。工业生产中，大量的有机溶剂被广泛应用于石油石化、医药、印刷、纺织等领域。目前，常用的有机溶剂有醇类、酯类、酮类、芳烃、卤代烃的等，且大部分都具有一定毒性，因此，如何有效地重复利用有机溶剂显得尤为重要。
传统的聚合物膜材料存在稳定性差、机械强度低和分离性能弱等缺点，极大地限制了其应用。近年来新出现的二维膜具有分离性能好、机械强度高、热稳定性和化学稳定性优良，操作简单、等特点，逐渐成为了科学家的研究热点。但现有的二维膜如氧化石墨烯膜，在溶液中极易溶胀使膜结构发生变化，导致氧化石墨烯膜的选择性和分离效率发生改变，很难应用于实际的工业生产中。因此急需寻找一种新型的二维纳米材料，制备成具有优异的分离性能且具备高稳定性的二维分离膜。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用。本发明制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜分离性能好，稳定性高。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
在惰性气体气氛中，将水溶性镧系元素金属盐类和乙酸钠水溶液混合，得到混合液；
将所述混合液与含氟盐类水溶液混合，进行沉淀反应，得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液；
将所述镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液沉积在多孔基底上，干燥，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片膜，所述多孔基底为聚醚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
优选地，所述含氟盐类水溶液中的含氟盐类包括氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟硼酸钾、氟硅酸钾和四丁基氟化铵中的一种或多种。
优选地，所述含氟盐类水溶液中的氟元素与混合液中镧系元素的摩尔比为0.1～10：1。
优选地，所述多孔基底的孔径为10～150nm。
优选地，所述沉积为真空抽滤、压力过滤、旋转涂覆、喷涂或蒸发干燥。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜。
本发明还提供了上述技术方案所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离水中不同尺寸组分中的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离有机溶剂中不同尺寸组分的应用。
优选地，所述组分为染料类物质，所述染料类物质为罗丹明B、刚果红、考马斯亮蓝G250、伊文思蓝或阿利新蓝8GX。
优选地，所述镧系元素氟化物二维纳米片膜的多孔基底为陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
本发明提供了一种镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：在惰性气体气氛中，将水溶性镧系元素金属盐类和乙酸钠水溶液混合，得到混合液；将所述混合液与含氟盐类水溶液混合，进行沉淀反应，得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液；将所述镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液沉积在多孔基底上，干燥，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片膜，所述多孔基底为聚醚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。本发明制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜具有渗透性能好、分离精度高、稳定性好的特点，且制备方法简单；当所述多孔基底为陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜时，制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜具有良好的耐溶剂性和分离性能。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)该镧系元素氟化物二维纳米片膜能有效去除相对分子质量500Da以上的染料分子，且具有较高的水通量，在染料分离纯化中有很好的应用前景。
(2)该镧系元素氟化物二维纳米片膜具有优异的水稳定性，耐酸碱性，抗污染能力强，可重复利用次数高。
(3)选用较小横向尺寸为120～200nm及多孔结构的镧系元素氟化物二维纳米片作为膜的构筑单元，使构建出的二维纳米片膜具有优异的耐溶剂性和分离性能，可用于多种溶剂体系的分离。
(4)随着镧系元素氟化物纳米片合成体系初始pH值的降低，纳米片尺寸减小，孔径增大。因此通过改变纳米片合成体系的初始pH值来调控纳米片的尺寸及孔径的大小，以实现对二维纳米片膜孔道的精密构筑。
(5)该镧系元素氟化物二维纳米片膜整个制膜过程耗费时间短，操作简单，可控性强，更适用于实际生产。
附图说明
图1为实施例1制得的F-Ce二维纳米片的透射电子显微镜图；
图2为实施例1制得的F-Ce二维纳米片膜的表面扫描电子显微镜图；
图3为实施例1制得的F-Ce二维纳米片膜对阿利新蓝8GX染料溶液截留测试的紫外图谱；
图4为实施例9制得的F-Ce二维纳米片的扫描电子显微镜图；
图5为实施例9制得的F-Ce二维纳米片的孔径分布；
图6为实施例9制得的F-Ce二维纳米片膜断面的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
本发明提供了一种镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
在惰性气体气氛中，将水溶性镧系元素金属盐类和乙酸钠水溶液混合，得到混合液；
将所述混合液与含氟盐类水溶液混合，进行沉淀反应，得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液；
将所述镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液沉积在多孔基底上，干燥，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片膜，所述多孔基底为聚醚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
本发明在惰性气体气氛中，将水溶性镧系元素金属盐类和乙酸钠水溶液混合，得到混合液。
在本发明中，所述水溶性镧系元素金属盐类优选包括硝酸铈、乙酸铈、氯化镨、氯酸镧、氯化钕、硝酸镱、硝酸铒、硝酸镨、硝酸钕、氯化铈和氯酸镨中的一种或多种。
在本发明中，所述水溶性镧系元素金属盐类与乙酸钠水溶液中乙酸钠的摩尔比优选为1:1～10。
在本发明中，所述乙酸钠水溶液的pH值优选为2～10。
得到混合液后，本发明将所述混合液与含氟盐类水溶液混合，进行沉淀反应，得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液。
在本发明中，所述含氟盐类水溶液中的含氟盐类优选包括氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟硼酸钾、氟硅酸钾和四丁基氟化铵中的一种或多种。
在本发明中，所述含氟盐类水溶液中的氟元素与混合液中镧系元素的摩尔比优选为0.1～10：1。
在本发明中，所述含氟盐类水溶液中的含氟盐类优选包括氟化铵、氟化钠、氟化钾、氟硼酸钾、氟硅酸钾和四丁基氟化铵中的一种或多种。
在本发明中，所述含氟盐类水溶液的浓度优选为5～100mg/mL。
在本发明中，所述沉淀反应的时间优选为0.5～24h，温度优选为室温，不需要额外的加热或降温。
在本发明中，所述沉淀反应优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速优选为100～1000rpm。
沉淀反应完成后，本发明优选将所得沉淀体系进行离心，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液。
在本发明中，所述离心的转速优选为3000～10000rpm/min，时间优选为15～60min。
得到镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液后，本发明将所述镧系元素氟化物二维纳米片悬浮液沉积在多孔基底上，干燥，得到所述镧系元素氟化物二维纳米片膜，所述多孔基底为聚醚砜膜、尼龙膜、聚偏氟乙烯膜、聚碳酸酯膜、陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
在本发明中，所述多孔基底的孔径优选为10～150nm。
在本发明中，所述沉积的方式优选为真空抽滤、压力过滤、旋转涂覆、喷涂或蒸发干燥。
在本发明中，所述沉积时镧系元素氟化物二维纳米片的负载量优选为0.5～100g/m2。
在本发明中，所述的干燥的方法优选为自然干燥、鼓风干燥、真空干燥、冷冻干燥或干燥剂干燥，所述干燥的时间优选为12～48h。
本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜。
本发明还提供了上述技术方案所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离水中不同尺寸组分的应用。
本发明还提供了上述技术方案所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离有机溶剂中不同尺寸组分的应用。
在本发明中，所述组分优选为染料类物质，更优选为罗丹明B、刚果红、考马斯亮蓝G250、伊文思蓝或阿利新蓝8GX。
在本发明中，当所述镧系元素氟化物二维纳米片膜用于分离有机溶剂中不同尺寸的组分时，所述镧系元素氟化物二维纳米片膜的多孔基底优选为陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
在本发明中，所述有机溶剂优选为丙酮、乙醇、丁酮、乙酸乙酯、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺。
在本发明中，所述应用优选为将所述镧系元素氟化物二维纳米片膜固定于分离装置中进行分离。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的镧系元素氟化物二维纳米片膜及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将3.6mmol硝酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于300mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将20mL、5mg/mL的氟化铵水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应2h，即可得到氟-铈(F-Ce)纳米片溶液；
(3)取2mL步骤(2)制备的F-Ce纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce纳米片均匀的负载到孔径大小为60nm的聚醚砜多孔基底上，对应的F-Ce纳米片的负载量为0.57g/m2，经真空干燥24h后，得到高性能F-Ce二维纳米片膜。
对本实施例步骤(2)制得的F-Ce纳米片进行透射电子显微镜测试，结果如图1所示。图1表明制备出了横向尺寸为120～160nm的F-Ce纳米片。
对本实施例步骤(3)得到的高性能F-Ce二维纳米片膜表面进行扫描电子显微镜测试，结果如图2所示。可以看出，F-Ce二维纳米片膜表面结构完整，没有明显的小孔和裂纹等缺陷的存在。
本实施例制备的高性能F-Ce二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚醚砜多孔基底上的F-Ce二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为10mg/L、阿利新蓝8GX(相对分子质量为1299)染料水溶液。结果表明F-Ce二维纳米片膜的水通量为1630L·m-2·h-1，对阿利新蓝8GX染料分子的截留率为99.8％。其对阿利新蓝8GX染料溶液截留测试紫外图谱如图3所示。
实施例2
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将1.2mmol乙酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、30mg/mL的氟化钠水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应5h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为60min)即可得到F-Ce纳米片悬浮液；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Ce纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce纳米片均匀的负载到孔径大小为100nm的聚碳酸酯多孔基底上，对应的F-Ce纳米片的负载量为1.08g/m2，经真空干燥24h后，得到高性能F-Ce二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Ce二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚碳酸酯多孔基底上的F-Ce二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为20mg/L考马斯亮蓝G250(相对分子质量为858)染料水溶液。结果表明F-Ce二维纳米片膜的水通量为1182L·m-2·h-1，对考马斯亮蓝G250染料分子的截留率为99.7％。
实施例3
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将1mmol氯酸镧和5mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将80mL、30mg/mL的氟化钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应8h，之后经离心(转速为5000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-镧(F-La)纳米片悬浮液；
(3)取8mL步骤(2)制备的F-La纳米片溶液，并用去离子水稀释至200mL，之后通过压力过滤的方式，使F-La纳米片均匀的负载到孔径大小为100nm的聚偏氟乙烯多孔基底上，对应的F-La纳米片的负载量为4.78g/m2，经自然干燥48h后，得到高性能F-La二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-La二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚偏氟乙烯多孔基底上的F-La二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为50mg/L刚果红(相对分子质量为697)染料水溶液。结果表明F-La二维纳米片膜的水通量为660L·m-2·h-1，对刚果红染料分子的截留率为95.7％。
实施例4
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将0.3mmol氯化钕和3mmol乙酸钠固体粉末依次溶于100mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、50mg/mL的氟硼酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应16h，之后经离心(转速为8000rpm/min、时间为15min)即可得到氟-钕(F-Nd)纳米片悬浮液；
(3)取12mL步骤(2)制备的F-Nd纳米片溶液，并用去离子水稀释至200mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Nd纳米片均匀的负载到孔径大小为60nm的聚醚砜多孔基底上，对应的F-Nd纳米片的负载量为5.42g/m2，经自然干燥48h后，得到高性能F-Nd二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Nd二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚醚砜多孔基底上的F-Nd二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为8mg/L罗丹明B(相对分子质量为479)染料水溶液。结果表明F-Nd二维纳米片膜的水通量为567L·m-2·h-1，对罗丹明B染料分子的截留率为90.3％。
实施例5
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将1.2mmol硝酸镱和9.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于360mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、50mg/mL的氟硅酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应24h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-镱(F-Yb)纳米片悬浮液；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Yb纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Yb纳米片均匀的负载到孔径大小为20nm的无机氧化铝多孔基底上，对应的F-Yb纳米片的负载量为2.54g/m2，经真空干燥24h后，得到高性能F-Yb二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Yb二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于氧化铝多孔基底上的F-Yb二维纳米片膜浸泡在pH＝4～10的水溶液中,浸泡24h，之后将经浸泡过的膜处理浓度为10mg/L阿利新蓝8GX(相对分子质量为1299)染料水溶液，考察F-Yb二维纳米片膜的耐酸碱稳定性。结果表明F-Yb二维纳米片膜对阿利新蓝8GX染料分子的截留率均超过98％，F-Yb二维纳米片膜具有较好的耐酸碱稳定性。
实施例6
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将0.5mmol氯化镨和4mmol乙酸钠固体粉末依次溶于50mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、40mg/mL的氟硼酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应12h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-镨(F-Pr)纳米片悬浮液；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Pr纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Pr纳米片均匀的负载到孔径大小为20nm的无机氧化铝多孔基底上，对应的F-Pr纳米片的负载量为15g/m2，经真空干燥24h后，得到高性能F-Pr二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Pr二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于氧化铝多孔基底上的F-Pr二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，对浓度为15mg/L阿利新蓝8GX(相对分子质量为1299)染料溶液进行循环实验测试。结果表明当循环实验进行到第10个测试周期时，F-Pr二维纳米片膜通量恢复率(FRR)可达95％，说明F-Pr二维纳米片膜具有较好的抗污染性能，在实际应用中可实现重复利用。
实施例7
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将摩尔数之和为1mmol的硝酸铈与硝酸镨、8mmol乙酸钠固体粉末依次溶于80mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、20mg/mL的氟化钠水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应12h，之后经离心(转速为5000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-铈-镨(F-Ce-Pr)纳米片悬浮液；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Ce-Pr纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce-Pr纳米片均匀的负载到孔径大小为60nm的聚醚砜多孔基底上，对应的F-Ce-Pr纳米片的负载量为5.74g/m2，经真空干燥18h后，得到高性能F-Ce-Pr二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Ce-Pr二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚醚砜多孔基底上的F-Ce-Pr二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为30mg/L考马斯亮蓝G250(相对分子质量为858)染料水溶液。结果表明F-Ce-Pr二维纳米片膜的水通量为1035L·m-2·h-1，对考马斯亮蓝G250染料分子的截留率为99.5％。
实施例8
一种高性能镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将摩尔数之和为1.5mmol的硝酸铈、硝酸钕、硝酸铒、乙酸钠固体粉末、15mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、50mg/mL的氟化铵水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应24h，之后经离心(转速为8000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-铈-钕-铒(F-Ce-Nd-Er)纳米片悬浮液；
(3)取12mL步骤(2)制备的F-Ce-Nd-Er纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce-Nd-Er纳米片均匀的负载到孔径大小为60nm的聚醚砜多孔基底上，对应的F-Ce-Nd-Er纳米片的负载量为8.75g/m2，经真空干燥24h后，得到高性能F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜。
本实施例制备的高性能F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜在水处理中的应用：将上述负载于聚醚砜多孔基底上的F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜固定于分离装置中，在操作压力为0.1MPa条件下，处理浓度为30mg/L罗丹明B(相对分子质量为479)染料水溶液。结果表明F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜的水通量为350L·m-2·h-1，对考罗丹明B染料分子的截留率为92.7％。
实施例9
(1)在惰性气体气氛中，将1.8mmol硝酸铈和1.8mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL、pH＝7的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将10mL、5mg/mL的氟化钠水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为150rpm/min条件下，室温反应3h，即可得到氟-铈(F-Ce)纳米片溶液；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Ce纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce纳米片均匀的负载到孔径大小为20nm的阳极氧化铝基底上，真空干燥12h后，得到耐溶剂F-Ce二维纳米片膜。
对本实施例步骤(2)制得的F-Ce纳米片进行扫描电子显微镜测试，结果如图4所示，图中能够清晰地观察到大量二维纳米片堆积在一起，其平均尺寸为160nm；对制备的F-Ce纳米片进行氮气吸附脱附测试并计算纳米片的孔径分布，结果如图5所示，本实施例制备的纳米片为多孔纳米片，平均孔径为3.793nm；
对本实施例步骤(3)得到的耐溶剂F-Ce二维纳米片膜断面进行扫描电子显微镜测试，结果如图6所示，制备的F-Ce纳米片膜厚度为2.51m。
(4)将制得的耐溶剂F-Ce二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对丙酮/罗丹明B(相对分子质量为479)进行溶剂回收实验。结果表明F-Ce二维纳米片膜的丙酮通量为2100L·m-2·h-1，对罗丹明B染料分子的截留率为97.8％。
实施例10
(1)在惰性气体气氛中，将1.2mmol乙酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于150mL、pH＝5的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、20mg/mL的氟化钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为260rpm/min条件下，室温反应5h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为60min)即可得到F-Ce纳米片溶液，制得的F-Ce纳米片平均尺寸为140nm，平均孔径为4.032nm；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Ce纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Ce纳米片均匀的负载到孔径大小为50nm的阳极氧化铝多孔基底上，真空干燥24h后，得到耐溶剂F-Ce二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Ce二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对乙醇/刚果红(相对分子质量为697)进行溶剂回收实验。结果表明F-Ce二维纳米片膜的乙醇通量为1050L·m-2·h-1，对刚果红染料分子的截留率为98.5％。
实施例11
(1)在惰性气体气氛中，将1mmol硝酸铒和5mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL、pH＝4的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将80mL、30mg/mL的四丁基氟化铵水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为350rpm/min条件下，室温反应8h，之后经离心(转速为5000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-铒(F-Er)纳米片悬浮液，制得的F-Er纳米片平均尺寸为128nm，平均孔径为4.235nm；
(3)取8mL步骤(2)制备的F-Er纳米片溶液，并用去离子水稀释至200mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Er纳米片均匀的负载到孔径大小为100nm的阳极氧化铝多孔基底上，自然干燥48h后，得到耐溶剂F-Er二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Er二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对乙醇/考马斯亮蓝G250(相对分子质量为858)进行溶剂回收实验。结果表明F-Er二维纳米片膜的乙醇通量为1195L·m-2·h-1，对考马斯亮蓝G250染料分子的截留率为99.0％。
实施例12
(1)在惰性气体气氛中，将0.3mmol氯化钕和3mmol乙酸钠固体粉末依次溶于100mL、pH＝3的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、50mg/mL的氟硼酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为500rpm/min条件下，室温反应16h，之后经离心(转速为8000rpm/min、时间为15min)即可得到氟-钕(F-Nd)纳米片悬浮液F-Er，制得的F-Nd纳米片平均尺寸为120nm，平均孔径为4.516nm；
(3)取12mL步骤(2)制备的F-Nd纳米片溶液，并用去离子水稀释至200mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Nd纳米片均匀的负载到孔径大小为120nm的阳极氧化铝多孔基底上，自然干燥48h后，得到耐溶剂F-Nd二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Nd二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对乙醇/阿利新蓝8GX(相对分子质量为1299)进行溶剂回收实验。结果表明F-Nd二维纳米片膜的乙醇通量为970L·m-2·h-1，对阿利新蓝8GX染料分子的截留率为99.8％。
实施例13
(1)在惰性气体气氛中，将1.2mmol硝酸镱和9.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于360mL、pH＝10的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将50mL、50mg/mL的氟硅酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为260rpm/min条件下，室温反应24h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-镱(F-Yb)纳米片悬浮液，制得的F-Yb纳米片平均尺寸为189nm，平均孔径为3.438nm；
(3)取4mL步骤(2)制备的F-Yb纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Yb纳米片均匀的负载到孔径大小为150nm的陶瓷膜多孔基底上，真空干燥12h后，得到耐溶剂F-Yb二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Yb二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对N,N-二甲基甲酰胺/活性黑5(相对分子质量为992)进行溶剂回收实验。结果表明F-Yb二维纳米片膜的N,N-二甲基甲酰胺通量为1608L·m-2·h-1，对活性黑5染料分子的截留率为99.5％。
实施例14
(1)在惰性气体气氛中，将0.5mmol氯化镨和4mmol乙酸钠固体粉末依次溶于50mL、pH＝10的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、40mg/mL的氟硼酸钾水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为200rpm/min条件下，室温反应12h，之后经离心(转速为3000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-镨(F-Pr)纳米片悬浮液；
(3)取8mL步骤(2)制备的F-Pr纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Pr纳米片均匀的负载到孔径大小为20nm的不锈钢膜多孔基底上，真空干燥24h后，得到耐溶剂F-Pr二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Pr二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对N,N-二甲基甲酰胺/活性黑5(相对分子质量为992)进行溶剂回收实验。结果表明F-Pr二维纳米片膜的N,N-二甲基甲酰胺通量为1345L·m-2·h-1，对活性黑5染料分子的截留率为99.7％。
实施例15
(1)在惰性气体气氛中，将摩尔数之和为1mmol的硝酸铈与硝酸镨、8mmol乙酸钠固体粉末依次溶于80mL、pH＝7的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、20mg/mL的氟化钠水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为100rpm/min条件下，室温反应24h，之后经离心(转速为5000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-铈-镨(F-Ce-Pr)纳米片悬浮液；
(3)取8mL步骤(2)制备的F-Ce-Pr纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过压力过滤的方式，使F-Ce-Pr纳米片均匀的负载到孔径大小为100nm的阳极氧化铝多孔基底上，真空干燥18h后，得到耐溶剂F-Ce-Pr二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Ce-Pr二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对丙酮/罗丹明B(相对分子质量为479)进行溶剂回收实验。结果表明F-Ce-Pr二维纳米片膜的丙酮通量为1800L·m-2·h-1，对罗丹明B染料分子的截留率为98.2％。
实施例16
(1)在惰性气体气氛中，将摩尔数之和为1.5mmol的硝酸铈、硝酸钕、硝酸铒、乙酸钠固体粉末、15mmol乙酸钠固体粉末依次溶于200mL、pH＝7的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将100mL、50mg/mL的氟化铵水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌转速为260rpm/min条件下，室温反应24h，之后经离心(转速为8000rpm/min、时间为30min)即可得到氟-铈-钕-铒(F-Ce-Nd-Er)纳米片悬浮液；
(3)取12mL步骤(2)制备的F-Ce-Nd-Er纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce-Nd-Er纳米片均匀的负载到孔径大小为150nm的阳极氧化铝多孔基底上，自然干燥干燥48h后，得到耐溶剂F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜。
(4)将制得的耐溶剂F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜固定于分离装置中，在室温和0.1MPa压力条件下，对N,N-二甲基甲酰胺/活性黑5(相对分子质量为992)进行溶剂回收实验。结果表明F-Ce-Nd-Er二维纳米片膜的N,N-二甲基甲酰胺通量为875L·m-2·h-1，对活性黑5染料分子的截留率为99.7％
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种镧系元素氟化物二维纳米片膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在惰性气体气氛中，将3.6mmol硝酸铈和3.6mmol乙酸钠固体粉末依次溶于300mL的去离子水中，并搅拌至充分溶解；
(2)将20mL、5mg/mL的氟化铵水溶液加入至步骤(1)得到的混合液中，在搅拌条件下，室温反应2h，即可得到F-Ce纳米片溶液；
(3)取2mL步骤(2)制备的F-Ce纳米片溶液，并用去离子水稀释至100mL，之后通过真空抽滤的方式，使F-Ce纳米片均匀的负载到孔径大小为60nm的聚醚砜多孔基底上，对应的F-Ce纳米片的负载量为0.57g/m2，经真空干燥24h后，得到F-Ce二维纳米片膜。
2.权利要求1所述的制备方法制得的镧系元素氟化物二维纳米片膜。
3.权利要求2所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离水中不同尺寸的组分中的应用。
4.权利要求2所述的镧系元素氟化物二维纳米片膜在分离有机溶剂中不同尺寸的组分的应用。
5.根据权利要求3或4所述的应用，其特征在于，所述组分为染料类物质，所述染料类物质为罗丹明B、刚果红、考马斯亮蓝G250、伊文思蓝或阿利新蓝8GX。
6.权利要求4所述的应用，其特征在于，所述镧系元素氟化物二维纳米片膜的多孔基底为陶瓷膜、金属膜或阳极氧化铝膜。
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