(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211299609.4 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 华侨大学 地址 362021 福建省泉州市丰泽区城华北 路269号 (72)发明人 饶小平　沈云鹏　李金杨　詹国武　 姚阿延　 (74)专利代理 机构 南京中律知识产权代理事务 所(普通合伙) 32341 专利代理师 李建芳 (51)Int.Cl. C01B 32/90(2017.01) B01D 69/14(2006.01) B82Y 30/00(2011.01) B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 一种单片层MXene的制备方法及其用于制备 混合基质膜的用途 (57)摘要 本发明公开了一种单片层MXene的制备方法 及其用于制备混合基质膜 的用途， 单片层MXene (u‑Ti3C2Tx)由氢氟酸和Ti3AlC2反应， 并将所得 的产物以黄腐酸钾溶液作为分散剂、 超声分散得 到。 本发明利用黄腐酸钾盐分子结构， 撑大b ‑ Ti3C2Tx的层间距， 并 能够增加每层粒子的表面电 势， 提高粒子间的静电排斥作用， 大大提高了u ‑ Ti3C2Tx的得率； 其次， 利用u ‑Ti3C2Tx末端丰富、 高 纵横比等特点制备的基于MXene的混合基质膜 合， 成方法简单， 成本低廉， 并且具有优异的OSN 性能， 力学性能和热稳定性能。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115520869 A 2022.12.27 CN 115520869 A 1.一种单片层MXene 的制备方法， 其特征在于： 由氢氟酸和Ti3AlC2反应， 并将所得的产 物以黄腐酸钾溶 液作为分散剂、 超声分散得到 。 2.如权利要求1所述的制备方法， 其特征在于： 黄腐酸钾溶液的制备方式为： 向0.5～ 1.5mol/L的KOH溶液中加入黄腐酸， 搅拌反应12～24h， 制得； 其中， 黄腐酸的质量用量为4～ 7g/10mlKOH溶 液。 3.如权利要求1或2所述的制备 方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 1)Ti3AlC2与氢氟酸搅 拌反应， 反应结束后对沉淀进行水洗离心处理， 直至清 液呈中性， 将所得沉淀真空干燥， 制得层状b ‑Ti3C2Tx； 2)b‑Ti3C2Tx与黄腐酸钾溶液搅拌反应， 并将所得沉淀物洗涤为 中性， 超声分散在 水中， 冷冻干燥， 制得u ‑Ti3C2Tx。 4.如权利要求3所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)中， Ti3AlC2的质量用量为0.3～ 0.7g/10m氢 氟酸； Ti3AlC2分8～10批加入氢 氟酸中， 待上一批加入的气泡完全消失再加入下 一批。 5.如权利要求3所述的制备方法， 其特征在于： 步骤1)中， 氢氟酸的质量浓度为30～ 40％， 反应温度为3 0～40℃， 反应时间为12 ～24小时， 反应时的搅拌速度为5 00‑800rpm。 6.如权利要求3所述的制 备方法， 其特征在于： 步骤2)为： 黄腐酸钾溶液和b ‑Ti3C2Tx在 室温下搅拌12～2 4h后， 将所得沉淀物洗涤至中性、 并在氮气气氛下冰浴超声分散在 去离子 水中， 离心除去沉积物， 冷冻干燥， 制得u ‑Ti3C2Tx。 7.如权利要求6所述的制 备方法， 其特征在于： 步骤2)中， b ‑Ti3C2Tx与黄腐酸钾制 备时 所用黄腐酸的质量比为1： (10～14)； 超声分散时， 去离子水的加入量为300～500ml/1g  b‑ Ti3C2Tx。 8.权利要求1 ‑7任意一项所述的制备方法所制得的单片层MXene的用途， 其特征在于： 用于制备混合基质膜。 9.如权利要求8所述的用途， 其特征在于： 混合基质膜的制备为： 将DMF、 1， 4 ‑Dioxane和 u‑Ti3C2Tx混合并超声0.5～1小时后， 加入P84粉末搅拌3～6小时， 将所得膜液倒在玻璃板上 刮膜， 蒸发溶剂， 然后置 于去离子水中保存3 6～48h， 去除残留溶剂， 得混合基质膜。 10.如权利要求9所述的用途， 其特征在于： 刮膜的温度为20～30℃， 速度为0.5m/min； 蒸发溶剂所用时间为8～12s； DMF和1， 4 ‑Dioxane的质量比为1： (1.5～2.5)； DM F的质量用量 为2.50～3.00g/10 g物料总量； P84粉末的质量用量为物料总量的15～25％； u ‑Ti3C2Tx的负 载量为50‑300mg/10g物料总量。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115520869 A 2一种单片层MXene的制备方 法及其用于制备混合基质膜的 用途 技术领域 [0001]本发明涉及一种单片层MXene的制备方法及其用于制备混合基质膜的用途， 属于 化工领域及高分子材 料领域。 背景技术 [0002]在精细化工、 食品工业和生物制药等领域中， 由于有机溶剂的大量使用， 物料的分 离与纯化、 溶剂交换和回收、 药物浓缩与精制等成为了这些领域的关键过程， 通常采取精 馏、 分馏、 蒸发等加热方式， 但是成本高且能耗大。 只需施加适宜的压力梯度就能实现物料 分离的膜分离技术得到了科研工作者的广泛关注， 该方法不需要额外的添加剂且可连续进 行。 其中， 有机溶剂纳滤(OSN)， 又称耐溶剂纳滤， 是一种基于膜的分子分离技术， 简单的来 说， 分子量小于200Da的溶剂可通过  OSN膜渗透， 而分子量在200～2000Da之间的溶质则会 被排斥。 随着碳纳米管、 沸石纳米颗粒、 MXene和富勒烯 等纳米材料的兴起， 向聚合物基质中 添加无机纳米材料构建混合基质膜用于OSN得到了广泛的探索。 混合基质膜不仅具备聚合 物OSN膜易于加工和放大的特点， 还拥有无机OSN膜较好的耐有机溶剂性、 良好的力学性能 和热稳定性能。 然而， 由于自由体积分布广泛， 渗透率和选择性之间存在权衡， 依然制约着 混合基质膜的发展， 如何在保证高截留率的前提下， 依然有较高的渗透通量， 成为了一个亟 待解决的问题。 [0003]自从2011年由Gogotsi等人首次合成并分离单层Ti3C2Tx以来， 这种具有类似石墨 烯结构的过渡金属 碳化物和氮化物， 受到了许多科学工作者的广泛关注。 由含氟溶液或高 温熔融氟盐刻蚀三元过渡金属碳化物和氮化物(MAX相)合成的MXene具有如下通式：  Mn+ 1XnTx， 其中M为过渡金属(如Ti、 V、 Mo等)， X为碳或氮， n为1或2或3， Tx是表面基团(如 ‑OH，‑ F，‑O等)。 到目前为止， 根据不同的M、 X元素， 共开发了30多种不同的  MXene， 形成了基于不 同M、 X元素和它们之间的不同比例的MXene。 通常， 刻蚀产物通过不同的插层剂， 如二甲亚 砜、 胺类、 有机碱等， 扩大MXene的层间空间， 并在外力作用下的实现二 维薄片分层。 但是， 受 相邻Ti3C2Tx纳米片层间的相互作用的制约， 插层分子或离子不能通过自身自由扩散而有效 插入层间， Ti3C2Tx纳米片的低产率是一个长期被忽视且亟 待解决的关键问题。 发明内容 [0004]本发明提供一种单片层MXene的制备方法及其用于制备混合基质膜的用途， 本发 明以氢氟酸和Ti3AlC2为原料， 以黄腐酸钾溶液为分散剂合成单片层MXene， 大大提 高了 u‑ Ti3C2Tx的得率； 然后加入DMF、 1， 4 ‑Dioxane和P84粉末制成膜液， 通过相转化法即可制成混 合基质膜， 制备简单、 易控， 在保证高截留率的前提下， 依然 有较高的渗透通 量。 [0005]为解决上述 技术问题， 本发明所采用的技 术方案如下： [0006]一种单片层MXene(u ‑Ti3C2Tx)的制备方法， 由氢氟酸和Ti3AlC2反应， 并将所得的产 物以黄腐酸钾溶 液作为分散剂、 超声分散得到 。说　明　书 1/5 页 3 CN 115520869 A 3