[发明专利]一种氧化石墨烯/MXene复合膜的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种氧化石墨烯/MXene复合膜的制备方法及应用，将氧化石墨烯溶液和MXene溶液成比例混合成混合溶液，超声、倒入放置有微滤膜的抽滤瓶中，通过真空过滤的方法将这两种二维材料复合负载到微滤膜表面，即得复合膜。本发明制备的氧化石墨烯(GO)/MXene复合膜的纯水通量远大于纯氧化石墨烯膜的通量，随着MXene掺杂比例的增多，通量呈递增趋势；且对于水中的小分子染料的去除率高达99.5％以上；方法简单易操作且易于规模化使用，利于推广。

技术领域

本发明属于复合膜技术领域，尤其是涉及一种氧化石墨烯/MXene复合膜的制备方法及应用。

背景技术

全球水资源的水质和水量日益恶化，膜技术越来越受到人们的关注。在水处理方面，主要使用的膜技术包括微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)以及正渗透(FO)，这些膜绝大部分是采用有机高分子聚合物制备，但这些膜在水处理领域仍面临着一些问题和挑战，比如污染物截留率低、膜机械性能差、能耗高，有些膜材料不耐氯等。氧化石墨烯作为一种新型的二维材料，由于其特殊的分子结构而具备超强的弹性、化学稳定性和机械强度，其优越的成膜性能在膜材料领域具有潜在的应用。但在氧化石墨烯的纳米通道中，分布着氧化区域与纯石墨烯区域，水分子在通过氧化区域时会与含氧基团形成氢键，增加水的流动阻力，导致纯水通量小，因此需要寻找新的制备方法来提高氧化石墨烯膜的通量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在针对现有氧化石墨烯膜具有通量小的问题，提出了一种用MXene和氧化石墨烯复合来制备具有高通量和高截留率的氧化石墨烯(GO)/MXene复合膜的方法，该方法将石墨氧化剥离成氧化石墨烯，Ti₃AlC₂刻蚀剥离成MXene，通过真空过滤的方法将这两种二维材料复合负载到0.45μm的微滤膜表面，用于截留和吸附水中的染料。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种氧化石墨烯/MXene复合膜的制备方法，将氧化石墨烯溶液和MXene溶液成比例混合成混合溶液，超声、倒入放置有微滤膜的抽滤瓶中，通过真空过滤的方法将这两种二维材料复合负载到微滤膜表面，即得复合膜。

进一步的，所述混合溶液中氧化石墨烯与MXene的质量比为0.25～4:1。

进一步的，所述混合溶液中氧化石墨烯与MXene的质量比为4:1或2:1或1:1或0.5:1或0.25:1。

进一步的，所述氧化石墨烯溶液的制备包括如下步骤：

向NaNO₃中，倒入浓H₂SO₄，置于水浴锅中搅拌，随后加入鳞片石墨，冷却到0～10℃；加入KMnO₄；然后升温至35℃后再反应2h，加入去离子水，反应温度在98℃反应15～30min，最后加入双氧水反应15～30min，将得到的产物离心、冷冻超声，冷冻干燥成氧化石墨烯固体，取氧化石墨烯固体溶于去离子水中，配制成氧化石墨烯溶液。

氧化石墨烯是通过如下文献中的方法制备的：

Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets,NatureNanotechnology,3(2008)101。

W.S.Hummers,R.E.Offeman,Preparation of Graphitic Oxide,Journal of theAmerican Chemical Society,80(1958)1339-1339。

进一步的，所述MXene溶液的制备包括如下步骤：