本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于海水淡化、苦咸水脫鹽、含有機(jī)溶劑廢水和重金屬離子脫除的復(fù)合分離膜。
背景技術(shù)：
納濾膜技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保的新型分離技術(shù)，其中荷正電納濾膜由于更適用于重金屬離子脫除、高價(jià)無機(jī)鹽分離和良好的抗污染和抗菌性能而得到了廣泛的研究。mxene是一種由三元層狀碳化物(代表性的有ti3alc2)，經(jīng)氫氟酸剝離得到的一種新型的二維碳化物晶體ti3c2tx(t代表‐f和‐oh等官能團(tuán))。為了強(qiáng)調(diào)它們是由max相剝離而來，并具有與石墨烯(graphene)類似的二維結(jié)構(gòu)，將它們統(tǒng)一命名mxene。該材料成膜性能良好，且具有顯著的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性，是一種獨(dú)特的分離膜材料。將其在支撐體上制備mxene分離膜可以獲得高性能的復(fù)合分離膜，并可以用于高溫、強(qiáng)酸堿、強(qiáng)氧化等水處理領(lǐng)域。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種易于制備的以mxene為分離材料的復(fù)合膜。以商品化的高分子如聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、醋酸纖維素等采用相轉(zhuǎn)化法制備復(fù)合膜的支撐層，或是以燒結(jié)法制備的多孔陶瓷膜、多孔玻璃膜、多孔不銹鋼膜等為支撐層，以mxene為分離層膜材料，在支撐膜上采用浸涂法獲得復(fù)合納濾膜。并通過高溫交聯(lián)處理得到了復(fù)合納濾膜。本發(fā)明有助于大大簡(jiǎn)化納濾和反滲透制備步驟，同時(shí)提高復(fù)合膜的使用穩(wěn)定性，從而有助于實(shí)現(xiàn)特殊分離場(chǎng)合的規(guī)?；瘧?yīng)用。
本發(fā)明的技術(shù)方案：
一種基于mxene的復(fù)合納濾膜，所述的復(fù)合納濾膜為平板膜，包括支撐層和分離功能層，支撐層位于分離功能層下方；
所述的分離功能層為由mxene和交聯(lián)劑形成的超薄致密膜，超薄致密膜厚度為50微米以內(nèi)；
所使用的交聯(lián)劑為戊二醛、環(huán)氧氯丙烷、環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、均苯三甲酰氯、鄰苯二甲酰氯、間苯二甲酰氯、對(duì)苯二甲酰氯或己二酰氯；
所述的支撐層為由纖維素系列衍生物、聚砜、聚醚砜、聚苯砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亞胺和聚醚酰亞胺中的一種或兩種以上混合形成的，其厚度為50～500μm，孔徑為0～100nm。
所述的超薄致密膜中還包括無機(jī)納米添加劑和/或有機(jī)添加劑。
所述的無機(jī)納米添加劑為納米氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、四氧化三鐵、鑭鍶鈷鐵、分子篩、石墨烯、無機(jī)鹽中的一種或兩種以上混合；所述的有機(jī)添加劑為殼聚糖季銨鹽、纖維素季銨鹽、醋酸纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素、聚偏氟乙烯、聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚丙烯酸鈉中的一種或兩種以上混合。
所述的支撐層由高分子支撐膜或無機(jī)多孔膜替換。
一種所述的基于mxene的復(fù)合納濾膜的制備方法，步驟如下：
(1)制備分離功能層所用的mxene材料
將碳鈦化鋁緩慢加入到質(zhì)量百分比濃度為50％hf的水溶液中，快速攪拌，經(jīng)過12小時(shí)，得到分散液a；其中，碳鈦化鋁的質(zhì)量百分百濃度為5-20wt％；將制備的分散液a進(jìn)行離心分離、洗滌、過濾、烘干，得到mxene材料；
將制備的mxene材料加入二甲基亞砜中進(jìn)行超聲剝離，并加入無機(jī)納米添加劑和/或有機(jī)添加劑，得到分散液b；超聲時(shí)間為2-12h，其中，mxene材料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％-5％，無機(jī)納米添加劑和/或有機(jī)添加劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0-2％；
(2)制備復(fù)合納濾膜的分離功能層
支撐層作為濾膜，將步驟(1)制備的分散液b用水稀釋后，進(jìn)行抽濾或壓濾在支撐層形成厚度為50微米以內(nèi)的分離功能層；稀釋后的分散液中mxene的質(zhì)量百分比為0.1％-2％，無機(jī)納米添加劑和/或有機(jī)添加劑的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0-2％；抽濾或壓濾形成的膜經(jīng)風(fēng)干、吹掃或熱處理后，得到基于mxene的復(fù)合納濾膜；
(3)制備好的基于mxene的復(fù)合納濾膜再浸入到含有交聯(lián)劑溶液中，其中交聯(lián)劑的質(zhì)量百分百濃度0.1～2wt％；取出后進(jìn)行熱處理，熱處理溫度為20-100℃，熱處理時(shí)間為2-30min，即得穩(wěn)定的基于mxene的復(fù)合納濾膜。
所述的碳鈦化鋁由nb2alc、v2al2c或ti3alc2代替。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明所制備的復(fù)合納濾膜是一種平板膜。由于其功能層中制備過程中采用了一種新穎的mxene材料，使得制備的復(fù)合膜具有良好的分離性能、耐熱性能和化學(xué)穩(wěn)定性，拓寬了其使用范圍，可以應(yīng)用于含有重金屬離子廢水的處理，含有機(jī)溶劑的廢水以及其他具有較強(qiáng)氧化性的廢水的處理。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
實(shí)施例一：
(1)分離膜用分散液的制備：
將制備的mxene材料加入二甲基亞砜中進(jìn)行超聲剝離，并加入一定的添加劑得到分散液b，其中超聲時(shí)間為2-12h，其中，分散質(zhì)mxene的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1％，添加劑納米氧化硅和羧甲基纖維素的總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.5％；
(2)制備復(fù)合納濾膜的分離功能層
將高分子支撐膜或無機(jī)多孔膜作為濾膜，將步驟(1)制備的分散液b用水稀釋后進(jìn)行抽濾或壓濾，在濾膜上形成一定厚度的分離功能層；再經(jīng)風(fēng)干、吹掃或熱處理后得到復(fù)合納濾膜。
后浸入到1％的戊二醛溶液中10秒，取出烘干60℃，時(shí)間為5min。
(3)應(yīng)用：
處理溶液為1g/l的氯化鎂溶液，在外壓為0.3mpa時(shí)，分離膜對(duì)無機(jī)鹽氯化鎂的截留率為96％，水通量可達(dá)10l/m2h。
實(shí)施例二：
(1)分離膜用分散液的制備：
將制備的mxene材料加入二甲基亞砜中進(jìn)行超聲剝離，得到分散液b，其中超聲時(shí)間為2-12h，其中，分散質(zhì)mxene的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為3％；
(2)制備復(fù)合納濾膜的分離功能層
將高分子支撐膜或無機(jī)多孔膜作為濾膜，將步驟(1)制備的分散液用水稀釋后進(jìn)行抽濾或壓濾，在濾膜上形成一定厚度的分離功能層；再經(jīng)風(fēng)干、吹掃或熱處理后得到復(fù)合納濾膜。
后浸入到0.5％的間苯二甲酰氯溶液中10秒，取出烘干60℃，時(shí)間為5min。
(3)應(yīng)用：
處理溶液為1g/l的氯化鎂溶液，在外壓為0.3mpa時(shí)，分離膜對(duì)無機(jī)鹽氯化鎂的截留率為92％，水通量可達(dá)12l/m2h。