本发明涉及膜分离，特别是涉及一种正电改性二维mxene-pei膜的制备及其在酸回收中的应用。
背景技术：
1、金属冶炼、电镀、刻蚀和采矿等工业生产过程中，需要使用大量的盐酸、硫酸、硝酸等无机酸来清洗金属表面或浸出金属成分，期间会产生具有较强酸性和腐蚀性的废酸，此物质不经处理直接排放将会对周围生态环境造成巨大的影响，如改变水体ph值、干扰水体自净、危害水生生物的生长等。这些废酸中含有的无机酸和各种金属离子若直接排放也会导致资源的严重浪费。因此，废酸资源化回收已逐渐成为废酸处理的主流方式。
2、传统的废酸处理方法有：中和沉淀法、蒸馏法、溶剂萃取法等，但这些方法存在会造成二次污染、能耗高、操作繁琐等问题。膜处理技术具有能耗低，设备占地面积小，分离效率高等优点，在废水治理方面有着广泛的应用。分离膜是整个膜处理技术的核心，目前报道的用于酸回收的膜材料主要为基于聚砜(psf)、聚乙烯醇(pva)、聚苯醚(ppo)等有机高分子材料的有机聚合物膜，但由于有机高分子自身特性，其在热稳定性和机械稳定性方面存在不足，且当运行时间较长时，废酸液会导致膜材料部分降解，分离性能大幅降低。另外，聚合物膜的渗透性能和分离性能之间存在制约关系。因此，开发高性能的新型分离膜材料，实现高渗透性和高选择性的平衡，提升膜的操作稳定性是推进膜处理技术用于酸回收的重心。
3、二维膜由二维纳米片组装而成，依靠片层之间形成的二维通道实现传质运输，属于分子、离子水平的高精度分离，是一种突破传统聚合物膜的理想替代者。目前已有部分研究者尝试将二维膜用于酸回收，展现出良好的酸渗透性和选择性，证明二维膜材料在酸回收领域具有广阔的前景。例如，《膜科学杂志》(journal ofmembrane science，618(2021)118692)报道了一篇咪唑阳离子改性的氧化石墨烯膜，通过咪唑阳离子对二维氧化石墨烯膜层间通道的尺寸和化学环境进行了调整，显著提高了氧化石墨烯膜的h+渗析系数和选择性，不过与高性能商业膜相比其还有一定的差距，酸渗透性能和选择性还有提高的空间，仍需进一步改进。
技术实现思路
1、为了解决当前酸回收分离膜酸渗析系数、选择性仍需进一步提高且高酸扩散量和高选择性不能兼具的问题，本发明的目的在于，提供一种正电改性二维mxene膜的制备方法及其在扩散渗析酸回收中的应用。本发明的正电改性二维mxene膜在具有高酸扩散量的同时兼具高选择性能，并在循环性能测试中表现出良好的稳定性。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、本发明技术方案之一：提供一种正电改性二维mxene膜，所述mxene膜由层间插入荷正电的聚电解质的二维mxene膜组成，厚度为500nm。
4、本发明技术方案之二：提供一种上述正电改性二维mxene膜的制备方法，包括以下步骤：
5、(1)将锂盐、酸以及max相原料混合得到混合液，反应，得到单层mxene纳米片溶液；
6、(2)将所述mxene纳米片溶液与荷正电的聚电解质混合得到混合体系，反应，得到正电改性后的mxene纳米片溶液；
7、(3)将所述正电改性后的mxene纳米片溶液涂布为薄膜状，干燥，即得所述正电改性二维mxene膜。
8、优选地，步骤(1)中：所述酸为浓度7-12mol/l的盐酸，混合液中，所述锂盐、酸和max相原料的比值为1.5-3g:80ml:1.5-3g，所述反应的温度为30-50℃，时间为12-72h。
9、优选地，所述max相原料为ti2alc、v2alc、ti3sic2、ti3alc2、ti3aln3和nb4alc3中的一种或多种。
10、优选地，步骤(2)中：所述混合体系中，mxene纳米片与荷正电的聚电解质的质量比为1:1-1:8；所述反应为在保护气氛下反应24h。
11、优选地，所述荷正电的聚电解质为聚乙烯亚胺(pei)、聚二烯丙基二甲基氯化铵(pdda)和聚4-乙烯基吡啶(p4vp)中的一种或多种。
12、优选地，所述干燥为在80℃真空干燥24h；所述涂布为薄膜状的方法为将所述正电改性后的mxene纳米片溶液通过真空抽滤装置抽滤在尼龙基底上。
13、本发明技术方案之三：提供一种上述正电改性二维mxene膜在废酸回收领域的应用。
14、本发明技术方案之四：提供一种废酸回收的方法，包括以下步骤：
15、将上述的正电改性二维mxene膜放在离子分离测试装置中，在原料侧加入废酸，渗透侧加入水，通过浓度差的驱动来选择性分离氢离子和金属离子。
16、废酸中既含有无机酸又含有金属盐，本发明的正电改性二维mxene膜可以处理hcl、h2so4、hno3等无机酸，h+浓度可以为1～5mol/l；也可以处理nacl、kcl、cucl2、fecl2、feso4、cuso4、alcl3、al2(so4)3、al(no3)3等金属盐，金属阳离子的浓度为0.1mol/l。
17、本发明的有益技术效果如下：
18、本发明将荷正电的聚电解质插入二维mxene膜的层间通道，一方面，聚电解质的引入扩大了mxene膜的层间距离，扩大了层间传质通道，这使得修饰后膜的h+渗透速率远大于原始膜，酸的扩散速度得到显著增强。另一方面，荷正电的聚电解质将原本呈负电性的二维mxene膜层间通道修饰为正电性，增强了膜对金属阳离子的排斥性能，有效提高了膜选择性。
19、本发明所得的正电改性二维mxene膜在不同种类、不同浓度的废酸体系中均有出色的酸回收性能，并可高效截留cu2+、fe2+、al3+等多种金属离子，实现高效分离。
20、本发明设计的膜材料很好的解决了现有的分离膜在酸扩散量和膜选择性上不可兼得的问题，而且在酸回收循环渗透测试中表现出了优异的稳定性，并且具有制备方法简单、易于实现、可重复性好、表面有大量官能团作为反应位点、无机高稳定性结构等特点，在酸回收领域具有良好的应用前景。
1.一种正电改性二维mxene膜，其特征在于，所述mxene膜由层间插入荷正电的聚电解质的二维mxene膜组成，厚度为500nm。
2.一种权利要求1所述的正电改性二维mxene膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述酸为浓度7-12mol/l的盐酸，混合液中，所述锂盐、酸和max相原料的比值为1.5-3g:80ml:1.5-3g，所述反应的温度为30-50℃，时间为12-72h。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述max相原料为ti2alc、v2alc、ti3sic2、ti3alc2、ti3aln3和nb4alc3中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述混合体系中，mxene纳米片与荷正电的聚电解质的质量比为1:1-1:8；所述反应为在保护气氛下反应24h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述荷正电的聚电解质为聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵和聚4-乙烯基吡啶中的一种或多种。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述干燥为在80℃真空干燥24h；所述涂布为薄膜状的方法为将所述正电改性后的mxene纳米片溶液通过真空抽滤装置抽滤在尼龙基底上。
8.一种权利要求1所述的正电改性二维mxene膜在废酸回收领域的应用。
9.一种废酸回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
