CN117181004A - 一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用，涉及分离膜制造技术领域。本发明提供的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的制备方法，包括以下步骤：将PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂混合，得到PVDF铸膜液；将所述PVDF铸膜液和少层MXene纳米片分散液混合，得到MXene/PVDF铸膜液；将所述MXene/PVDF铸膜液涂覆至无纺布上，依次进行凝固浴和干燥，得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜。本发明提供的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜增强了亲水性、提高了BSA截留率，表现出高抗污性、出色的可重复使用性和化学稳定性，工艺简单，适合大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及分离膜制造技术领域，具体涉及一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用。
背景技术
聚偏氟乙烯膜(PVDF)是一种半结晶高聚物，具有优良的热稳定性、耐化学腐蚀性和高力学性能等优点，可溶于非质子极性溶剂，在室温下能够耐化学腐蚀，在恶劣环境中可表现出抗褪色性、抗紫外线和抗冲击性，广泛应用于超滤和微滤膜的制备。但由于聚偏氟乙烯较低的表面能使其表现出疏水特性，污染物分子会逐渐吸附到膜表面并主导膜边界层，这使得聚合物分离膜在使用过程中容易产生膜污染，导致膜阻力增大及膜通量下降的情况出现，进而造成膜分离效率降低、操作成本及维护成本增加、膜使用寿命不断降低等问题。共混改性膜方法是改善膜性能的最简便而又有效的方法，它可以使膜具有共混材料的综合优点。因此可以用亲水材料制膜，亲水性聚合物与疏水性聚合物共混得到可水解基团聚合物制膜，膜表面水解后使其表面亲水化，能够降低膜分离过程的传质阻力，从而提高聚合物膜的分离性能和抗污染物积聚的能力。同时，无机材料与聚合物的共混具有操作简便、材料易得、成本低廉、效果明显、能长期保持膜的亲水性等多重优势，也是目前对膜材料改性的热点方法之一。
过渡金属碳氮化物(MXene)通式为Mn+1XnTx(n＝1、2或3)，其中M为过渡金属，X为氮或碳。这种材料具有高比表面积、高电子传导性、亲水性和表面官能团可调控性等物理化学性质，在锂电池、催化和太阳能开发与利用等涉及多能量转化的领域得到了广泛应用。MXene表面存在的终止基团，如-O、-OH和-F，可与PVDF基体发生界面相互作用，从而显著改善PVDF膜的性能。在HF溶液或其他含氟离子的酸性溶液中处理时，MXene的形态是由紧密堆积层组成的手风琴状堆叠，通过其层间空间与各种离子和分子的额外插层来改变MXene的形态，导致单个二维片材之间的距离增加，从而促使二维MXene片材的进一步剥落，由于单个板材之间的相互作用力减弱，手风琴形堆叠膨胀并自发分层。少层MXene纳米片相较于多层MXene纳米片可产生更多的羟基自由基，可归因于其较高含量的可用活性TiO2位点提供了更多的氧化还原反应位点，在-OH表面末端增强了它们显着的吸附能力。此外，MXene的二维片层结构及其尖锐的边缘与细菌表面直接接触，可导致细菌和其他微生物的细胞膜被破坏从而诱发细菌和其他微生物功能的全面丧失，能够提高复合材料的抗菌效果。当前，制备MXene/PVDF复合膜的主要方法包括共混法和真空抽滤法，真空抽滤法无法通过溶液的量以及质量差准确控制膜的厚度，当MXene层太厚时，可能导致MXene和PVDF之间的界面结构不够稳定，表面活性层易剥落，对复合膜的品质产生负面影响，这一缺陷使该法仅限于实验阶段，生产效率低，难以用于大规模工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜及其制备方法和应用，本发明制备得到的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜相较于未改性的纯PVDF膜，亲水性和膜通量大幅度提高，对于大分子蛋白(以牛血蛋白BSA为例)具有较高的截留率，膜通量恢复率提高，可广泛应用于水处理领域。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂混合，得到PVDF铸膜液；
将所述PVDF铸膜液和少层MXene纳米片分散液混合，得到MXene/PVDF铸膜液；
将所述MXene/PVDF铸膜液涂覆至无纺布上，依次进行凝固浴和干燥，得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜。
优选地，所述PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂的质量比为1：1～5：6～10。
优选地，所述致孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的至少一种；
所述有机溶剂包括二甲基亚砜和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
优选地，所述少层MXene纳米片分散液的制备方法包括：
将MAX相原料和酸性溶液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片；
将所述多层MXene纳米片和插层剂混合，进行插层，得到少层MXene纳米片；
将所述少层MXene纳米片分散在有机溶剂中，得到少层MXene纳米片分散液。
优选地，所述酸性溶液包括氟化物和盐酸；所述氟化物和盐酸的用量比为1g：20～50mL；所述盐酸的浓度为5～10mol/L。
优选地，所述刻蚀的温度为30～50℃。
优选地，所述插层剂包括二甲基亚砜、乙醇、氢氧化四丁铵和氢氧化四甲铵中的一种或几种。
优选地，所述少层MXene纳米片分散液中的少层MXene纳米片在MXene/PVDF铸膜液中的浓度为0.5～10mg/mL。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，包括无纺布以及附着在所述无纺布表面的PVDF膜；所述PVDF膜中均匀分布有MXene纳米片。
本发明提供了上述技术方案所述亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜在水处理领域中的应用。
本发明提供了一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的制备方法，本发明通过共混的方法改性PVDF膜，利用含有大量-OH的少层MXene纳米片，提高复合膜亲水性和抗污染性能，提高复合膜的过滤和分离的效率。经过共混改性后，亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的通量提高了87.6％，对于BSA的截留率达到97.28％，通量恢复率达到80.78％。
进一步的，本发明将刻蚀剥离得到的多层MXene纳米片经过插层剂处理分层之后获得含有大量-OH的少层MXene纳米片，本发明提供的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜增强了亲水性、提高了BSA截留率，表现出高抗污性、出色的可重复使用性和化学稳定性，工艺比较简单，可大大提高生产效率，降低生产成本，且适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例制备的多层MXene纳米片的SEM图像；
图2为实施例制备的少层MXene纳米片的TEM图像；
图3为实施例制备的少层MXene纳米片的EDS谱图；
图4为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的接触角；
图5为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的纯水通量；
图6为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的BSA截留率；
图7为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的抗污染性分析。
具体实施方式
本发明提供了一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂混合，得到PVDF铸膜液；
将所述PVDF铸膜液和少层MXene纳米片分散液混合，得到MXene/PVDF铸膜液；
将所述MXene/PVDF铸膜液涂覆至无纺布上，依次进行凝固浴和干燥，得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜。
本发明将PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂混合，得到PVDF铸膜液。在本发明中，所述PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂的质量比优选为1：1～5：6～10，更优选为1：1：6。在本发明中，所述PVDF粉末的粒径优选为100～200μm，更优选为120～180μm。
在本发明中，所述致孔剂优选包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和聚乙二醇(PEG)中的至少一种；当所述致孔剂含有PVP和PEG时，所述PVP和PEG的体积比优选为1：1。在本发明中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量范围优选为44000～54000，更优选为40000。所述聚乙二醇的分子量范围优选为200～800，更优选为400。
在本发明中，所述有机溶剂优选包括二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中的至少一种；当所述有机溶剂含有DMSO和DMAc时，所述DMSO和DMAc的体积比优选为1：1。
在本发明中，所述PVDF粉末、致孔剂和有机溶剂混合优选包括：将PVDF粉末加入致孔剂和有机溶剂的混合溶液中。在本发明中，所述混合优选在加热搅拌条件下进行；所述加热搅拌的温度优选为60～80℃，更优选为70～80℃；所述加热搅拌的时间优选为12～24h，更优选为18～24h。在本发明中，所述加热搅拌优选为玻璃棒搅拌。人工玻璃棒搅拌与机械搅拌相比，使有机溶剂反应更加充分，避免PVDF粉末结块问题。
得到PVDF铸膜液后，本发明将所述PVDF铸膜液和少层MXene纳米片分散液混合，得到MXene/PVDF铸膜液。在本发明中，所述少层MXene纳米片分散液中的少层MXene纳米片在MXene/PVDF铸膜液中的浓度优选为0.5～10mg/mL，更优选为5～7.5mg/mL。在本发明中，所述混合优选在加热搅拌条件下进行；所述加热搅拌的温度优选为60～80℃，更优选为70～80℃；所述加热搅拌的时间优选为12～24h，更优选为18～24h。
在本发明中，所述少层MXene纳米片分散液的制备方法优选包括：
将MAX相原料和酸性溶液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片；
将所述多层MXene纳米片和插层剂混合，进行插层，得到少层MXene纳米片；
将所述少层MXene纳米片分散在有机溶剂中，得到少层MXene纳米片分散液。
本发明优选将MAX相原料和酸性溶液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片。在本发明中，所述MAX相原料优选包括Ti3AlC2。在本发明中，所述MAX相原料的粒径优选为20～50μm，更优选为25～38μm。
在本发明中，所述酸性溶液优选包括氟化物和盐酸。在本发明中，所述氟化物优选包括氟盐，更优选包括氟化锂、氟化钴和氟化钠中的一种或几种。在本发明中，所述盐酸的浓度优选为5～10mol/L，更优选为5～9mol/L。在本发明中，所述氟化物和盐酸的用量比优选为1g：20～50mL，更优选为1g：30～40mL。在本发明中，所述刻蚀的温度优选为30～50℃，更优选为40～45℃。在本发明中，所述刻蚀优选在磁力搅拌条件下进行；所述磁力搅拌的速度优选为20～50rpm，更优选为30～45rpm；所述磁力搅拌的时间优选为24～72h，更优选为36～48h。
本发明优选在所述刻蚀后，将所得刻蚀体系进行酸洗、离心，去除上清液，重复水洗至反应液pH为中性，进行真空干燥，得到多层MXene纳米片。在本发明中，所述酸洗采用的试剂优选为盐酸水溶液；所述盐酸水溶液中盐酸与水的体积比优选为1：1～5，更优选为1：1～3；所述盐酸的浓度优选为12mol/L。在本发明中，所述离心的转速优选为3000～15000rpm，更优选为8000～10000rpm；所述离心的时间优选为5～10min，更优选为6～8min。在本发明中，所述真空干燥的温度优选为60～100℃，更优选为80～90℃；所述真空干燥的时间优选为12～24h，更优选为18～24h。在本发明中，所述多层MXene纳米片的厚度优选为1.5～5μm。
得到多层MXene纳米片后，本发明优选将所述多层MXene纳米片和插层剂混合，进行插层，得到少层MXene纳米片。在本发明中，所述插层剂优选包括DMSO、乙醇、氢氧化四丁铵和氢氧化四甲铵中的一种或几种。在本发明中，所述多层MXene纳米片和插层剂的质量比优选为1：15～30，更优选为1：20～25。在本发明中，所述插层优选包括：将多层MXene纳米片和插层剂的混合分散液进行磁力搅拌，用去离子水离心分散液，将沉淀物加入去离子水分散超声后再低速离心，收集上清液真空干燥得到少层MXene纳米片。在本发明中，所述磁力搅拌的时间优选为24～72h，更优选为36～48h；所述离心的转速优选为5000～10000rpm，更优选为6000～10000rpm；所述离心分散液的时间优选为5～20min，更优选为10～15min；加入去离子水超声的时间优选为5～10min，更优选为6～8min；所述低速离心的转速优选为2000～3000rpm，更优选为2200～2500rpm；所述真空干燥的温度优选为60～100℃，更优选为80～90℃；所述真空干燥的时间优选为12～24h，更优选为18～24h。
本发明通过插层剂的分层效应制得少层MXene纳米片，提高复合膜的亲水性，具有抗污染性能以及膜分离效率较高的优点，可用于大规模工业化生产，在污水处理方面显示出了极大的应用前景。
在本发明中，所述少层MXene纳米片的厚度优选为1.3～9nm。
到少层MXene纳米片后，本发明优选将所述少层MXene纳米片分散在有机溶剂中，得到少层MXene纳米片分散液。在本发明中，所述有机溶剂优选包括DMSO、DMF或NMP。在本发明中，所述少层MXene纳米片和有机溶剂的质量比优选为1：10～500，更优选为1：20～400，进一步优选为1：40～80。
得到MXene/PVDF铸膜液后，本发明将所述MXene/PVDF铸膜液涂覆至无纺布上，依次进行凝固浴和干燥，得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜。本发明通过非溶剂致相分离法(NIPS)的方法制备亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，制膜和改性同步完成，能耗低，制膜时间短，膜通量高。
在本发明中，所述MXene/PVDF铸膜液在涂覆前优选还包括脱泡处理。在本发明中，所述脱泡处理优选为静置脱泡；所述脱泡处理优选在真空干燥箱中进行。在本发明中，所述真空脱泡的温度优选为60～80℃，更优选为70～80℃。在本发明中，所述脱泡处理的时间优选为1～3h，更优选为2h。
在本发明中，所述无纺布优选为聚酯无纺布，更优选为聚乙烯无纺布或聚丙烯无纺布。在本发明中，聚酯无纺布具有亲水性，较细的纤维直径、较大的比表面积和较高的孔隙率。
在本发明中，所述涂覆优选为涂布；所述涂布采用的设备优选为刮膜机。在本发明中，所述涂覆的厚度优选设置为200～300μm，更优选为250～280μm；所述涂覆后的静置时间优选为10～30s，更优选为20～30s。
在本发明中，所述凝固浴优选为去离子水凝固浴。在本发明中，所述凝固浴的浸泡时间优选为12～24h，更优选为18～24h。在本发明中，所述凝固浴的温度优选为20～30℃，更优选为25℃。
在本发明中，所述干燥的温度优选为40～80℃，更优选为45～70℃；所述干燥的时间优选为5～12h，更优选为8～10h。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，包括无纺布以及附着在所述无纺布表面的PVDF膜；所述PVDF膜中均匀分布有MXene纳米片。在本发明中，所述亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的表面和内部均匀分布有MXene纳米片。
本发明提供了上述技术方案所述亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜在水处理领域中的应用，优选作为分离膜。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
(1)将3g LiF原料和90mL浓盐酸(质量浓度为9mol/L)加入到聚四氟乙烯刻蚀杯中进行磁力搅拌混匀，得到混合液；再称量3g 400目的Ti3AlC2缓慢多次加入到所述混合液中，磁力搅拌器下加热至40℃，搅拌速度为45rpm，刻蚀48h；
(2)待反应结束后配制水和盐酸(浓度为12mol/L)体积比为1：1的盐酸水溶液，将反应物酸洗、离心数次，直至盐酸水溶液用完，离心机转速为10000rpm，每次离心8min；将酸洗的上清液体倒掉，加入蒸馏水摇匀离心，倒掉上清液，重复水洗至水洗液呈现中性；
(3)将所得粉末在80℃条件下真空干燥24h，得到多层MXene纳米片；
(4)称量1g所述多层MXene纳米片加入到25mL DMSO溶液中混合均匀，在室温下磁力搅拌器上搅拌48h，所得溶液在10000rpm下高速离心10min得到沉淀物，将沉淀物加入去离子水超声分散8min后，再在2500rpm下低速离心，重复水洗-离心步骤数次，收集上清液在80℃条件下真空干燥24h，得到少层MXene纳米片。
(5)将60mL DMSO和60mL DMAc有机溶剂置于广口瓶中用玻璃棒混合均匀，加入20mLPEG致孔剂(分子量为400Da)混合，再缓慢多次加入20g PVDF粉末(粒径为120μm)置于电热鼓风干燥箱中80℃条件下用玻璃棒搅拌12h，得到PVDF铸膜液；
(6)分别称量0g、0.1g、0.5g、1g、1.5g、2g步骤(4)制备的少层MXene纳米片加入到40mL DMSO有机溶剂中超声混合均匀，得到少层MXene纳米片分散液，依次编号为M1(对应于少层MXene纳米片0g)、M2(对应于少层MXene纳米片0.1g)、M3(对应于少层MXene纳米片0.5g)、M4(对应于少层MXene纳米片1g)、M5(对应于少层MXene纳米片1.5g)、M6(对应于少层MXene纳米片2g)；
(7)称量1.5g步骤(4)制备的少层MXene纳米片，编号为BLK；将BLK、M1-M6分别加入到步骤(5)制备的PVDF铸膜液中，置于电热鼓风干燥箱中80℃条件下用玻璃棒搅拌12h，得到MXene/PVDF铸膜液，依次编号为MPBLK(对应于BLK)、MP1(对应于M1)、MP2(对应于M2)、MP3(对应于M3)、MP4(对应于M4)、MP5(对应于M5)、MP6(对应于M6)；
(8)将所述MXene/PVDF铸膜液(MPBLK、MP1-MP6)分别在真空干燥箱中80℃条件下静置脱泡2h，调整刮膜机刮刀厚度为250μm，经过刮膜机涂布到无纺布上蒸发30s，再置于去离子水凝固浴中浸泡24h，最后在45℃干燥箱中烘干8h得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，依次编号为M0(对应于MPBLK)、MD1(对应于MP1)、MD2(对应于MP2)、MD3(对应于MP3)、MD4(对应于MP4)、MD5(对应于MP5)、MD6(对应于MP6)。
结构表征
按照上述实施例的制备方法，将实施例中的无纺布调整为玻璃板，制备得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，用于结构表征。
实施例制备的多层MXene纳米片的SEM图如图1所示，可以看出，制备的多层MXene纳米片类似手风琴的形态，二维层出现密集堆积的颗粒，这证实了从Ti3AlC2结构中成功去除Al层。
实施例制备的少层MXene纳米片的TEM图如图2所示，可以看出，制备的少层MXene纳米片观察到单层状，说明DMSO有助于多层MXene分层。
实施例制备的少层MXene纳米片的EDS图如图3所示，可以看出，制备的少层MXene纳米片含有C、O、Ti、F元素，不含Al元素，说明刻蚀成功。
测试例1
将实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜置于MSC-300超滤杯中测试纯水通量和防污性能。将待测试膜(实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜)装入超滤杯，将纯水从上端溶液入口导入，保证超滤杯气密性后打开气瓶和气阀，让水分子在气压作用下通过膜孔，过滤出来的水从下端出口流出，膜在0.1MPa压力下预压半小时。先测量纯水通量(Jw1)，再测量1g/LBSA溶液通量(Jp)，用于模拟蛋白质污染。清洗污染膜后，再次测量清洗膜的纯水通量(Jw2)。
制备0.1g/L、0.3g/L、0.5g/L、0.7g/L、0.9g/L、1.0g/L的BSA标准溶液待用，使用TU-1950紫外-可见分光光度计在280nm下对上述不同浓度的BSA溶液测试，根据吸光度，得到BSA标准曲线，y＝0.5801x，其中x为BSA溶液的浓度，单位为g/L；y为吸光度。
纯水通量(Jw1)的计算公式如式1所示：
式1中，Jw1表示纯水通量，单位为L·m-2·h-1；V1表示纯水的体积，单位为L；A1表示待测试膜的有效面积，单位为m2；T1表示过滤时间，单位为h。
BSA溶液通量(Jp)的计算公式如式2所示：
式2中，Jp表示BSA溶液通量，单位为L·m-2·h-1；VP表示BSA溶液的体积，单位为L；AP表示待测试膜的有效面积，单位为m2；TP表示过滤时间，单位为h。
清洗膜的纯水通量(Jw2)的计算公式如式3所示：
式3中，Jw2表示清洗膜的纯水通量，单位为L·m-2·h-1；V2表示纯水的体积，单位为L；A2表示清洗膜的有效面积，单位为m2；T2表示过滤时间，单位为h。
BSA截留率(R)的计算公式如式4所示：
式4中，R表示BSA截留率，单位为％；Cf表示初始BSA溶液的浓度，单位为g/L；Cp表示利用BSA标准曲线计算得到的过滤后溶液的浓度，单位为g/L。
通量恢复率(FRR)的计算公式如式5所示：
总污染率(Rt)的计算公式如式6所示：
可逆污染率(Rr)的计算公式如式7所示：
不可逆污染率(Rir)的计算公式如式8所示：
测试例2
将实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜裁剪为2.5cm×7cm大小5张，在蒸馏水中浸泡24h后，置于45℃烘箱中干燥12h，用双面胶粘贴在玻璃片上然后用接触角仪测定膜表面的接触角。在恒定室温和恒定湿度的条件下使用纯净水作为测定膜接触角的液体介质，液滴体积设置为4μL，每个样品取不同的五个点进行测量取平均值。
图4为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的接触角；图5为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的纯水通量；图6为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的BSA截留率；图7为实施例制备的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的抗污染性分析。结合图4～7的结果可知，纯PVDF膜MD1的接触角为87.5°，纯水通量为15.6L/(m2·h)，对于1g/L的BSA截留率为99.15％，经过物理清洗之后膜的通量恢复率(FRR)为60.90％。亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的水通量与纯PVDF膜相比提升显著，且MXene/PVDF膜具有较好的恢复通量，改性膜MD2-MD6的接触角分别为75.4°、72.4°、64.6°、58.6°、65.5°，纯水通量分别为36.2L/(m2·h)、63.7L/(m2·h)、105.1L/(m2·h)、126.4L/(m2·h)、80.6L/(m2·h)，BSA截留率分别为98.52％、98.33％、97.94％、97.28％、97.15％，经过物理清洗之后膜的通量恢复率分别为64.92％、68.60％、77.83％、80.78％、73.45％。
M0作为对照组将MXene和PVDF粉末一同加入到有机溶剂中，制得复合膜接触角73.18°，纯水通量为58.4L/(m2·h)，相较于未改性膜亲水性有所提高，但膜通量低于MD5，原因是由于MXene粉末直接加入铸膜液中纳米颗粒发生团聚导致膜通量效果提升不明显。
由于MXene中含有的-OH使得所制备的MXene/PVDF混合基质膜具有较高的亲水性，有效提升了膜的抗污染性能。
以上所述仅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 (10)
1.一种亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜的制备方法，包括以下步骤：
将聚偏氟乙烯粉末、致孔剂和有机溶剂混合，得到PVDF铸膜液；
将所述PVDF铸膜液和少层MXene纳米片分散液混合，得到MXene/PVDF铸膜液；
将所述MXene/PVDF铸膜液涂覆至无纺布上，依次进行凝固浴和干燥，得到亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚偏氟乙烯粉末、致孔剂和有机溶剂的质量比为1：1～5：6～10。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂包括聚乙烯吡咯烷酮和聚乙二醇中的至少一种；
所述有机溶剂包括二甲基亚砜和N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述少层MXene纳米片分散液的制备方法包括：
将MAX相原料和酸性溶液混合，进行刻蚀，得到多层MXene纳米片；
将所述多层MXene纳米片和插层剂混合，进行插层，得到少层MXene纳米片；
将所述少层MXene纳米片分散在有机溶剂中，得到少层MXene纳米片分散液。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液包括氟化物和盐酸；所述氟化物和盐酸的用量比为1g：20～50mL；所述盐酸的浓度为5～10mol/L。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀的温度为30～50℃。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述插层剂包括二甲基亚砜、乙醇、氢氧化四丁铵和氢氧化四甲铵中的一种或几种。
8.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述少层MXene纳米片分散液中的少层MXene纳米片在MXene/PVDF铸膜液中的浓度为0.5～10mg/mL。
9.权利要求1～8任一项所述制备方法制备得到的亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜，包括无纺布以及附着在所述无纺布表面的PVDF膜；所述PVDF膜中均匀分布有MXene纳米片。
10.权利要求9所述亲水性抗污染MXene/PVDF复合膜在水处理领域中的应用。
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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 |