[发明专利]一种聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜的制备和应用

权利要求书

1.一种聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜，其特征在于，该聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜由聚乙二醇基膜和填充于该基膜中的氨基化过渡金属碳化物构成，所述的氨基化过渡金属碳化物(即为f-MXene)为具有类似手风琴结构的的新型二维片层材料，以碳化钛为纳米片的主体，纳米片表面含有丰富的活性基团，氨基在亚纳米层间通道内起到化学修饰作用。

2.根据权利要求1所述的聚合物-氨基化过渡金属碳化物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所述的氨基化过渡金属碳化物，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所述氨基化过渡金属碳化物粉末，其特征在于，所述的氨基化过渡金属碳化物的横向尺寸优选为1～2μm，单片厚度为1nm，层数为16层。

5.根据权利要求1所述聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜，其特征在于，所述的聚合物-氨基化过渡金属碳化物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-氨基化过渡金属碳化物共混膜，其特征在于，所述的聚合物-氨基化过渡金属碳化物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)，氨基化过渡金属碳化物的质量分数为1％～5％，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-氨基化过渡金属碳化物共混膜，其特征在于，所述的聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜膜厚度为(150～240)μm。

8.根据权利要求1、5～7所述聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜，其特征在于，所述的聚合物-氨基化过渡金属碳化物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-氨基化过渡金属碳化物共混膜合成步骤如下：

步骤1：制备过渡金属(钛)碳化物，即为MXene

采用自上而下的湿法刻蚀法合成MXene，以氟化锂和盐酸二者原位反应生成的氢氟酸为刻蚀剂，由于反应剧烈且放出氢气，采用少量多次的方法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24小时，然后将温度升高至60℃继续反应24小时。将反应产物通过去离子水离心进行纯化4～6次。将底部沉淀加入去离子水，在冰水浴中超声1小时，辅助剥离，去离子水与前驱体钛碳化铝的质量比为1∶(50～100)。最后将混合物在3500rpm下离心20分钟，可观察到上清液变为黑色，产生了可溶于水的单层MXene纳米片，说明剥离成功。将底部沉淀在真空干燥，得到MXene粉末；

步骤2：制备氨基化过渡金属碳化物材料，即为f-MXene

以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)为改性剂，采用接枝反应制备f-MXene，APTS与MXene的质量比为10∶1。过程是：采用体积比为4∶1的乙醇和去离子水混合物为反应介质，用冰醋酸调节pH为3.5，以抑制改性剂之间发生自聚合反应，确保接枝效率。而后加入步骤1得到的MXene，在磁力搅拌下逐滴缓慢加入APTS。在室温下反应12～36小时后用乙醇对产物进行离心洗涤。经真空干燥后得到氨基化过渡金属碳化物，简称f-MXene；

步骤3：制备聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜

所述聚合物-氨基化过渡金属碳化物共混膜包括聚乙二醇甲醚丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、f-MXene、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与聚乙二醇二丙烯酸酯，f-MXene粉末的质量分数为1％～5％，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％。将三者混合，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分别放置一根铜线以控制膜厚，铜线直径为0.1～0.3mm。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-氨基化过渡金属碳化物共混膜。