压力驱动下MXene膜的离子渗透
发布时间：2020-10-20 04:35
随着工业化进度的不断加快,化工废物中的金属离子对环境的污染越发显著。目前采用二维层状膜对金属离子筛分是一种较为有效、经济的方法。本文利用Li F+HCl混合溶液刻蚀法制备MXene (Ti3C2Tx)二维纳米片,通过真空辅助抽滤法将其组装成二维层状MXene膜,并用于阳离子的筛分。研究表明,该膜对K+、Na+具有较高的渗透性,渗透通量分别为0. 577 mol·h-1·m-2,0. 972 mol·h-1·m-2,但对离子半径较大的金属Cu2+具有良好的截留性能,截留率高达40%。这表明该膜有望用于废水中较大金属离子的脱除。
【部分图文】：
将上述制备好的MXene膜按图1所示的筛分实验装置图组装成基于压力驱动型的离子筛分装置。调节实验压力分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1 atm，以单离子溶液(K+、Na+,Cu2+等，浓度均为50 mg/L离子溶液)为原料，进行探究该膜对离子的渗透性能及驱动力对渗透量的影响。收集渗透液，由离子计(PXSJ-227L，上海仪电科学仪器有限公司)测量出滤液中的离子浓度，根据式(1)计算出离子渗透通量，根据式(2)计算出离子分离系数，根据式(3)计算出水渗透量，根据式(4)计算出离子截留率。式中Vpf为滤出液的体积，单位L;Cpf为滤出液离子浓度，mg/L;Cf为初始离子浓度;A表示MXene膜的有效面积，单位m2;t表示渗透时间，单位h;M为原子质量;i表示某一种渗透离子。
通过真空辅助抽滤法将制备的MXene纳米片沉积在微孔滤膜表面，随后在70℃下真空干燥处理12 h得到具有筛分性能MXene膜，如图2(c)和(d)所示。从图2(c)可以看出MXene纳米片均匀的沉积在微孔滤膜表面，形成具有很多皱褶的外表面，增大了离子与膜的接触面积，与其他已报道的二维材料膜相似，如GO膜。从二维MXene膜的局部放大图(图2(d))可以看出制备的MXene膜表面没有无选择性的缺陷。图3 MXene粉体的XRD图谱
图2(a)MAX的SEM图像(b)MXene的SEM图像(c)MXene膜表面SEM图像(右上角插图为PVDF的SEM图)(d)MXene膜外表面的局部放大的SEM图2.2 不同压力下K+、Na+、Cu2+单离子的渗透和截留性能
本文编号：2848214
【部分图文】：
将上述制备好的MXene膜按图1所示的筛分实验装置图组装成基于压力驱动型的离子筛分装置。调节实验压力分别为0.2、0.4、0.6、0.8和1 atm，以单离子溶液(K+、Na+,Cu2+等，浓度均为50 mg/L离子溶液)为原料，进行探究该膜对离子的渗透性能及驱动力对渗透量的影响。收集渗透液，由离子计(PXSJ-227L，上海仪电科学仪器有限公司)测量出滤液中的离子浓度，根据式(1)计算出离子渗透通量，根据式(2)计算出离子分离系数，根据式(3)计算出水渗透量，根据式(4)计算出离子截留率。式中Vpf为滤出液的体积，单位L;Cpf为滤出液离子浓度，mg/L;Cf为初始离子浓度;A表示MXene膜的有效面积，单位m2;t表示渗透时间，单位h;M为原子质量;i表示某一种渗透离子。
通过真空辅助抽滤法将制备的MXene纳米片沉积在微孔滤膜表面，随后在70℃下真空干燥处理12 h得到具有筛分性能MXene膜，如图2(c)和(d)所示。从图2(c)可以看出MXene纳米片均匀的沉积在微孔滤膜表面，形成具有很多皱褶的外表面，增大了离子与膜的接触面积，与其他已报道的二维材料膜相似，如GO膜。从二维MXene膜的局部放大图(图2(d))可以看出制备的MXene膜表面没有无选择性的缺陷。图3 MXene粉体的XRD图谱
图2(a)MAX的SEM图像(b)MXene的SEM图像(c)MXene膜表面SEM图像(右上角插图为PVDF的SEM图)(d)MXene膜外表面的局部放大的SEM图2.2 不同压力下K+、Na+、Cu2+单离子的渗透和截留性能
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