[发明专利]一种聚合物-复合纳米填充剂共混膜的制备和应用

权利要求书

1.一种聚合物-复合纳米填充剂共混膜，其特征在于，该一种聚合物-复合纳米填充剂共混膜由聚乙二醇基膜和填充于该基膜中的复合纳米填充剂组成，所述复合纳米填充剂为过渡金属碳化物(MXene)表面原位生长沸石咪唑酯骨架结构材料(即为ZIF-8@MXene)，是由单层MXene纳米片上的-OH、-O-等给电子基团锚定锌离子，使ZIF-8在MXene纳米片表面成核、生长，进而得到的一种复合材料，原位生长过程没有改变MXene纳米片的二维结构，同时也保留了ZIF-8原有的多孔结构。

2.根据权利要求1所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜中的聚合物没有没有特殊的限定，可根据应用所需条件来选择聚合物基膜材料，如聚砜、嵌段聚醚酰胺、聚酰亚胺等。

3.根据权利要求1所述的复合纳米填充剂过渡金属碳化物表面原位生长沸石咪唑酯骨架结构材料，其特征在于，所述的过渡金属碳化物来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法合成即可。

4.根据权利要求3所述复合纳米填充剂过渡金属碳化物表面原位生长沸石咪唑酯骨架结构材料，其特征在于，所述的过渡金属碳化物的横向尺寸优选为1～2μm，单片厚度为1nm；ZIF-8粒径为50～100nm，孔径为

5.根据权利要求1所述聚合物-复合纳米填充剂共混膜，其特征在于，所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜混合方式和成膜方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式即可。

6.根据权利要求1或5所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜，其特征在于，所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜中聚合物聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇乙二醇二丙烯酸酯的质量比为(5～8)∶(2～5)，复合纳米填充剂的质量分数为0.3％～2％，光引发剂1-羟环己基苯酮质量为聚合物总质量的0.1％～1％。

7.根据权利要求1、5、6所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜，其特征在于，所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜膜厚度为(150～240)μm。

8.根据权利要求1、5～7所述聚合物-复合纳米填充剂共混膜，其特征在于，所述的聚合物-复合纳米填充剂共混膜的形式可为平板膜、中空纤维膜或管式膜。

9.根据权利要求1、5～8任一项所述聚合物-复合纳米填充剂共混膜合成步骤如下：

步骤1：制备过渡金属(钛)碳化物，即为Ti₃C₂-MXene

采用自上而下的湿法刻蚀法，以氟化锂和盐酸二者反应原位生成的氢氟酸为刻蚀剂，将前驱体钛碳化铝缓慢加入其中，氟化锂、盐酸和钛碳化铝的质量比为(2.56～3.84)∶(36～54)∶2。在55℃油浴加热下进行机械搅拌，反应时间为24小时，而后将温度升高至60℃继续反应24小时。将反应产物通过去离子水进行离心纯化，底部沉淀加入离子水，去离子水与前驱体钛碳化铝的质量比为1∶(50～100)。在冰水浴中超声1小时，辅助剥离，可观察到上清液变黑。最后将混合物离心分离，保留离心后的黑色上清液，即得到MXene分散液，对MXene分散液进行氮气鼓泡，在5℃下低温保存；

步骤2：制备复合纳米填充剂过渡金属碳化物表面原位生长沸石咪唑酯骨架结构材料，即为ZIF-8@MXene

采用原位生长法制备ZIF-8@MXene。过程是：将质量比为1∶2.2的六水合硝酸锌和2-甲基咪唑分别溶于甲醇中，搅拌至溶解。将MXene分散液与六水合硝酸锌的甲醇溶液混合，机械搅拌10～40分钟，然后将加入2-甲基咪唑的甲醇溶液，在30℃下反应3小时。反应结束后，用甲醇对产物进行离心洗涤。最后，将底部沉淀真空干燥，即得到复合纳米填充剂，即ZIF-8@MXene；

步骤3：制备聚合物-复合纳米填充剂共混膜

所述聚合物-复合纳米填充剂共混膜包括聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、ZIF-8@MXene粉末、1-羟环己基苯酮。称取质量比为(5～8)∶(2～5)的聚乙二醇甲醚丙烯酸酯和聚乙二醇二丙烯酸酯，ZIF-8@MXene粉末的含量为0.3％～2％。1-羟环己基苯酮质量为聚乙二醇甲醚丙烯酸酯与聚乙二醇二丙烯酸酯总质量的0.1％～1％。将其混合，充分搅拌并在超声作用下脱除气泡，得到预聚体溶液。

将一石英板放于水平的桌面上，在石英板的左右边缘放置分别放置一根直径为0.1～0.3mm的铜线以控制膜厚。将预聚体溶液倾倒在石英板上，盖上另一石英板，将其转移至紫外灯箱中，照射2～15分钟使其固化成型，将固化的膜与石英板剥离后便得到聚合物-复合纳米填充剂共混膜。