一种等离子辐照的多孔MXene膜及其制备方法与应用
本发明属于分离膜材料，尤其涉及一种等离子辐照的多孔mxene膜及其制备方法与应用。
背景技术：
1、mxene作为一种二维过渡金属碳化物或碳氮化物，由于其丰富的官能团和可调的层间距，作为气体、离子分离的膜材料显示出巨大的潜力。然而，mxene膜也存在层间传输路径长、渗透率低的问题，因此，引入额外的传输通道是提高二维片层mxene膜分离性能的必要条件。
2、在二维纳米片上引入人造孔是一种缩短传质路径的有效策略。目前有少数研究者利用化学蚀刻方法(如cu2+、h2o2和h2so4)来制备多孔mxene膜，缩短了分子在层间的传输路径，在染料分离、海水淡化等领域显示出更好的渗透性。但现有技术中的造孔方法通常涉及污染物的引入，造出的孔径一般为纳米尺寸，很难实现埃米孔，难以应用于对孔径要求更加苛刻的气体分离领域；另外，大多数造孔方法都是先对mxene纳米片进行造孔再组装成膜，不能对mxene膜进行直接造孔。
3、因此，如何提供一种绿色简单的造孔策略直接作用于mxene膜，制备出高性能的多孔mxene气体分离膜是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种等离子辐照的多孔mxene膜及其制备方法与应用。
2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，包括以下步骤：
4、将mxene纳米片水分散液于基底上旋涂、干燥后，再经等离子辐照造孔，重复上述旋涂、干燥及等离子辐照步骤，即得到所述多孔mxene膜。
5、优选的，所述mxene纳米片水分散液的浓度为0.1-0.5mg/ml。
6、优选的，所述mxene纳米片水分散液中的mxene纳米片为ti3c2tx、ti2ctx、mo2ctx、v2ctx、nb2ctx、nb4c3tx中的一种或任意几种。
7、优选的，所述mxene纳米片水分散液的分散介质为水、乙醇、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。
8、更为优选的，所述mxene纳米片水分散液中的mxene纳米片为ti3c2tx纳米片。
9、更为优选的，所述ti3c2tx纳米片通过化学刻蚀法制备得到。
10、优选的，所述基底的孔径大小为0.1-0.45nm；
11、所述基底的材质为聚醚砜、尼龙、聚偏氟乙烯、醋酸纤维素、聚丙烯腈、聚砜中的至少一种。
12、更为优选的，所述基底的材质为聚醚砜。
13、优选的，所述等离子辐照中的等离子为ar，且辐照功率为100-200w，辐照时间为2-10min，气体流速为100-160ml/min。需要说明的是，ar，he，n2，h2，sf6均有物理刻蚀作用，理论上都能对mxene膜进行造孔。
14、优选的，所述重复的次数为5-20次。
15、一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法制备得到的多孔mxene膜。
16、本发明的造孔机理为：本发明利用等离子清洗机通过高频电源将气体激发成等离子体，产生高能量的电子、正负离子和中性粒子，其与mxene纳米片表面的ti和c原子发生溅射刻蚀作用，进而穿透mxene膜层制备得到多孔mxene膜。mo2ctx、v2ctx、nb2ctx、nb4c3tx和中的金属原子和ti原子均属于过渡金属元素，理论上也会被ar等离子溅射走形成孔。本发明中的多孔mxene膜的孔径可通过调控等离子功率、辐照时间、气体流速等参数实现从埃米到纳米尺寸的调节，进一步增加了mxene膜的传输通道；其中，埃米孔可控制在h2/co2分子动力学直径之间，有效的层间和面内双级气体筛分通道实现了多孔mxene膜的高渗透和高选择性兼具。
17、优选的，所述多孔mxene膜的厚度为30-150nm，孔径为0.1-5nm。
18、一种等离子辐照的多孔mxene膜在气体分离中的应用。
19、优选的，所述气体分离为h2/co2气体分离。
20、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
21、本发明利用等离子辐照技术直接对mxene膜进行造孔，造孔方法简单成本低，且孔径可从埃米到纳米尺度调节。本发明经等离子辐照后得到的多孔mxene膜的孔径可控制在h2/co2分子动力学直径之间，有效的面内和层间双级气体筛分通道赋予了多孔mxene膜超高的气体渗透性和优异的选择性。
技术特征：
1.一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，所述mxene纳米片水分散液的浓度为0.1-0.5mg/ml。
3.根据权利要求2所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，所述mxene纳米片水分散液中的mxene纳米片为ti3c2tx、ti2ctx、mo2ctx、v2ctx、nb2ctx、nb4c3tx中的一种或任意几种。
4.根据权利要求1所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，所述基底的孔径大小为0.1-0.45nm；
5.根据权利要求1所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，所述等离子辐照中的等离子为ar，且辐照功率为100-200w，辐照时间为2-10min，气体流速为100-160ml/min。
6.根据权利要求1所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法，其特征在于，所述重复的次数为5-20次。
7.如权利要求1-6任一项所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜的制备方法制备得到的多孔mxene膜。
8.根据权利要求7所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜，其特征在于，所述多孔mxene膜的厚度为30-150nm，孔径为0.1-5nm。
9.如权利要求7或8所述的一种等离子辐照的多孔mxene膜在气体分离中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述气体分离为h2/co2气体分离。
技术总结
本发明公开了一种等离子辐照的多孔MXene膜及其制备方法与应用，属于分离膜材料技术领域，包括以下步骤：将MXene纳米片水分散液于基底上旋涂、干燥后，再经等离子辐照造孔，重复上述旋涂、干燥及等离子辐照步骤，即得到所述多孔MXene膜。本发明还公开了上述制备方法制备得到的多孔MXene膜及其在气体分离中的应用。本发明经等离子辐照后得到的多孔MXene膜的孔径可控制在H<subgt;2</subgt;/CO<subgt;2</subgt;分子动力学直径之间，有效的面内和层间双级气体筛分通道赋予了多孔MXene膜超高的气体渗透性和优异的选择性。
技术研发人员：魏嫣莹,王宇飞,卢纵,罗米得
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23