本發(fā)明涉及功能薄膜材料的，尤其涉及一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、調(diào)控材料表面的親疏水特性是表面化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵方向，這一特性在多個(gè)領(lǐng)域，包括抗腐蝕、防水防污、傳熱、油水分離和生物醫(yī)學(xué)等，都扮演著至關(guān)重要的角色。自然界中的荷葉等植物展現(xiàn)出的超疏水表面特性，為人工材料表面設(shè)計(jì)提供了寶貴的參考。通過(guò)在材料表面引入微納結(jié)構(gòu)并修飾以超疏水基團(tuán)，可以有效地模擬這些自然現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)材料表面的超疏水親油特性。然而，現(xiàn)有的表面微納結(jié)構(gòu)制備技術(shù)，如激光微加工、高溫原位氧化、化學(xué)氣相沉積、水熱或溶解熱反應(yīng)等，往往涉及高溫高壓條件、昂貴的設(shè)備或復(fù)雜的化學(xué)試劑，這些因素使得制備過(guò)程復(fù)雜且成本較高，難以完全滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用的實(shí)際需求。

2、在超疏水材料的制備方面，傳統(tǒng)方法常利用零維或一維納米結(jié)構(gòu)來(lái)增加表面粗糙度，這對(duì)于形成超疏水性起到一定的作用。但這些結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中可能存在穩(wěn)定性和選擇性不足的問(wèn)題。例如，專(zhuān)利cn107715699a中描述的技術(shù)，雖然成功集成了光催化和超濾功能，但其制備過(guò)程較為復(fù)雜，且在油水分離等應(yīng)用中的效率和選擇性尚需進(jìn)一步提升。此外，現(xiàn)有的油水分離技術(shù)，尤其是基于膜材料的分離方法，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的分離效果，但它們?cè)谛屎涂苟氯芰Ψ矫娴谋憩F(xiàn)并不理想，這些問(wèn)題限制了膜技術(shù)在更廣泛應(yīng)用中的潛力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜，以解決現(xiàn)有材料制備技術(shù)難以兼顧成本效益和高效油水分離性能的技術(shù)問(wèn)題。傳統(tǒng)方法在制備超疏水材料時(shí)，往往依賴(lài)于復(fù)雜的工藝和昂貴的設(shè)備，這不僅增加了生產(chǎn)成本，也限制了其在工業(yè)應(yīng)用中的廣泛采納。同時(shí)，現(xiàn)有材料在油水分離效率和選擇性方面的表現(xiàn)并不理想，特別是在長(zhǎng)效穩(wěn)定性和抗堵塞能力上存在明顯不足。本發(fā)明通過(guò)創(chuàng)新的制備方法，旨在實(shí)現(xiàn)一種既經(jīng)濟(jì)高效又具有優(yōu)異分離性能的超疏水膜，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的工業(yè)需求。

2、為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、s1：將二維ti3c2?mxene粉末、聚醚酰亞胺(pei)粉末和n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶液混合攪拌，形成均勻漿料；

5、s2：將步驟s1得到的漿料旋涂在基底上，并浸入去離子水中24h，形成pei/mxene膜；

6、s3：將步驟s2得到的pei/mxene膜進(jìn)行表面粗糙化處理，以暴露mxene表面；

7、s4：將步驟s3粗糙化后的pei/mxene膜浸入雙氧水反應(yīng)體系中，生長(zhǎng)鈦酸納米線；

8、s5：對(duì)步驟s4反應(yīng)過(guò)后的復(fù)合膜表面進(jìn)行超疏水基團(tuán)修飾和穩(wěn)定化處理，形成超疏水表面，最終得到所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜。

9、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述二維ti3c2?mxene粉末和pei粉末與n-甲基吡咯烷酮溶液的質(zhì)量比為0.3～0.4：8～12：30。

10、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述表面粗糙化處理具體操作是將pei/mxene膜浸入預(yù)熱至一定溫度的n-甲基吡咯烷酮溶液中一定時(shí)間。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述超疏水基團(tuán)修飾具體為使用三烷氧基硅烷進(jìn)行表面處理。

12、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述三烷氧基硅烷為辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、1h，1h，2h，2h全氟烷基三乙氧基硅烷中的至少一種。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案為，所述三烷氧基硅烷為辛基三甲氧基硅烷。

13、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述穩(wěn)定化處理具體是將超疏水基團(tuán)修飾后的復(fù)合膜在130～150℃下進(jìn)行熱處理一定時(shí)間。

14、作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述雙氧水反應(yīng)體系為由雙氧水溶液、濃硝酸和三聚氰胺組成的混合反應(yīng)液。作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述雙氧水溶液、濃硝酸和三聚氰胺的體積質(zhì)量比為150～250(ml)：2～5(ml)：80～120(mg),所述雙氧水溶液中雙氧水的質(zhì)量濃度為25～35wt.％。

15、本發(fā)明的另外一方面是提供一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜，所述pei/mxene/鈦酸膜采用如上述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法制備得到，其中，所述pei/mxene/鈦酸膜的水接觸角大于160°。

16、本發(fā)明的有益效果：

17、本發(fā)明超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，通過(guò)創(chuàng)新性地結(jié)合二維ti3c2?mxene的獨(dú)特物理化學(xué)特性與一維鈦酸納米線的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，不僅實(shí)現(xiàn)了pei材料表面的超疏水特性，而且實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，允許油分子有效通過(guò)。這種設(shè)計(jì)不僅增強(qiáng)了膜材料的分離效率和選擇性，還保持了其在不同環(huán)境條件下的穩(wěn)定性和耐久性，有助于提高油水分離和油水混合液中油提取的應(yīng)用性能。

18、另外，本發(fā)明超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，通過(guò)簡(jiǎn)化的工藝流程和無(wú)需高溫高壓等設(shè)備的條件，有助于實(shí)現(xiàn)低成本高效益的規(guī)?；a(chǎn)。本發(fā)明的制備方法在室溫或溫和溫度下操作，易于控制，同時(shí)保證了所得復(fù)合膜材料微觀形貌的均勻性和超疏水性能的卓越性，純水接觸角大于160度。

19、總的來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的超疏水pei/mxene/鈦酸膜不僅兼具優(yōu)異的表面超疏水性和內(nèi)部多孔性，而且保證了其在工業(yè)應(yīng)用中的長(zhǎng)期耐久性和穩(wěn)定性。整體綜合性能和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足油水分離和超疏水親油領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿膰?yán)苛要求，具有重要的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述二維ti3c2mxene粉末和pei粉末與n-甲基吡咯烷酮溶液的質(zhì)量比為0.3～0.4：8～12：30。

3.如權(quán)利要求1所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述表面粗糙化處理具體操作是將pei/mxene膜浸入預(yù)熱至一定溫度的n-甲基吡咯烷酮溶液中一定時(shí)間。

4.如權(quán)利要求1所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述超疏水基團(tuán)修飾具體為使用三烷氧基硅烷進(jìn)行表面處理。

5.如權(quán)利要求4所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述三烷氧基硅烷為辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、1h，1h，2h，2h全氟烷基三乙氧基硅烷中的至少一種。

6.如權(quán)利要求1所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述穩(wěn)定化處理具體是將超疏水基團(tuán)修飾后的復(fù)合膜在130～150℃下進(jìn)行熱處理一定時(shí)間。

7.如權(quán)利要求1所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法，其特征在于，所述雙氧水反應(yīng)體系為由雙氧水溶液、濃硝酸和三聚氰胺組成的混合反應(yīng)液。

8.一種超疏水pei/mxene/鈦酸膜，其特征在于，所述pei/mxene/鈦酸膜采用如權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述超疏水pei/mxene/鈦酸膜的制備方法制備得到，其中，所述pei/mxene/鈦酸膜的水接觸角大于160°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種超疏水PEI/MXene/鈦酸膜的制備方法，其包括以下步驟：S1將二維Ti3C2MXene粉末、聚醚酰亞胺粉末和N?甲基吡咯烷酮溶液混合攪拌，形成均勻漿料；S2將其旋涂在基底上，形成PEI/MXene膜；S3表面粗糙化處理，以暴露MXene表面；S4將其浸入雙氧水反應(yīng)體系中，生長(zhǎng)鈦酸納米線；S5對(duì)復(fù)合膜表面進(jìn)行超疏水基團(tuán)修飾和穩(wěn)定化處理形成超疏水表面，最終得到超疏水PEI/MXene/鈦酸膜。本發(fā)明的制備方法，不僅使PEI/MXene/鈦酸膜具有超疏水性和優(yōu)異的油水分離性能，而且保證了其長(zhǎng)期耐久性和抗污染能力，整體綜合性能強(qiáng)，可滿(mǎn)足工業(yè)應(yīng)用中對(duì)高性能分離材料的迫切需求。

技術(shù)研發(fā)人員：吳進(jìn)明,張麗莎,涂明海
受保護(hù)的技術(shù)使用者：溫州益澄能源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19