含正丁基锂（C₄H₉Li，n-BuLi）的环己烷溶液（浓度为2.0mol/L）、MoS₂粉末（<2μm，纯度>99%）、正己烷（C₆H₁₄），Sigma Aldrich；七水氯化镧（LaCl₃·7H₂O，分析纯），成都市科隆化学品有限公司；聚醚砜（PES）有机微滤膜（47mm、孔径220nm），Milinpore；聚四氟乙烯（PTFE）有机微滤膜（47mm、孔径220nm），天津市津腾实验设备有限公司；去离子水（电阻率>18.2MΩ），Millopore Elix-10纯水系统（Millipore公司）。

赛默飞世尔落地式离心机（SORVALL LYNX 4000），SevenMulti型电导率/离子综合测试仪，TM3030型台式扫描电子显微镜（日本HITACHI），UV-2700紫外光谱仪（日本岛津），MiniFlex600型X射线衍射仪，XSAM 800型X射线光电子能谱仪（英国Kratos），MultiMode8型原子力显微镜（德国布鲁克）。

采用有机锂插层法制备MoS₂纳米片层，取过量2.0mol/L的n-BuLi与MoS₂粉末在氩气氛围下80℃反应72h，用220nm孔径的PTFE滤膜和正己烷对插层后的悬浊液进行抽滤洗涤和干燥。干燥后的粉末加入到去离子水中进行超声剥离约1h，再加入适量去离子水标定MoS₂纳米片层浓度约为1mg/mL。然后，将分散液在低速下（3000r/min）离心并收集上清液，在高速离心（10000r/min）下进行洗涤至Li⁺浓度低于10^-5mol/L，最后得到MoS₂纳米片层分散液。后续利用AFM对剥离制备的MoS₂片层的层数和形貌结构进行表征，并且利用XPS光谱分析片层中1T相和2H相MoS₂的相对含量。

La³⁺插层MoS₂膜的制备流程如图1所示。采用锂离子插层法剥离制得MoS₂单片层表面呈负电性，MoS₂单片层对La³⁺阳离子有着较强的吸附能力。本研究采用MoS₂单片层与La³⁺离子共混抽滤的方法来实现离子插入到MoS₂膜层间。将4mL、1.0mol/L的La³⁺溶液加入去离子水中稀释至50mL，再与50mL、0.1mg/mL MoS₂片层分散液混合后抽滤，抽滤时选用直径47mm的PES膜作为基底。

为了研究改性膜中镧离子的插入量，用高浓度的NaClO溶液将膜溶解，然后利用电感耦合等离子体（ICP）测试溶解后镧离子的浓度，根据式(1)计算。

式中，M⁺/MoS₂为层间金属离子La³⁺的物质的量与MoS₂膜的物质的量比值，mol/mol；CM⁺为ICP测出的La³⁺浓度，mol/L；m为厚度1μm、直径38mm MoS₂膜的质量，g；V为溶解离子插层膜所用的NaClO溶液体积，L；MM+和MMoS2为金属离子La³⁺和MoS₂摩尔质量，分别为138.9g/mol和160g/mol。

选用了印染行业常见的甲基橙（C₁₄H₁₄N₃SO₃Na，327.3g/mol）、灿烂黄（C₂₆H₂₀N₄Na₂O₈S₂，624.6g/mol）、酸性品红（C₂₀H₁₇N₃Na₂O₉S₃，579.6g/mol）、甲基蓝（C₃₇H₂₇N₃Na₂O₉S₃，799.8g/mol）四种染料作为模型分子。实验中四种染料溶液的浓度均为10mg/L，测量时所加的氮气压力为10bar（1bar=0.1MPa），用天平称量流出液体质量。每次测量的时长不低于5h。加压过滤装置如图2(a)所示。

用紫外分光光度计测定流出液中的染料含量，并计算染料的截留率。具体操作为：用紫外分光光度计确定四种染料分子的最大吸收峰即甲基橙463nm、灿烂黄418nm、酸性品红545nm、甲基蓝596nm。配制一系列浓度梯度（2.0mg/L、4.0mg/L、6.0mg/L、8.0mg/L、10.0mg/L）的染料溶液来作出0~10mg/L浓度范围内的标准曲线，在这个浓度范围内，染料溶液的浓度与对应的吸收峰峰强成线性关系，因此可根据吸光度强度来计算截留后染料浓度和截留率。实验时，加入的原料液体积约为30mL。染料的截留效率R_dye利用式(2)计算。

式中，A₀为染料初始浓度下的峰强；A为截留后流出液的峰强；C₀为截留染料初始的浓度，mg/L；C为截留后流出液染料浓度，mg/L。

利用正渗透过程研究MoS2离子插层改性膜对NaCl、KCl、MgCl₂、CaCl₂的脱盐性能和水通量。采用自行定制的渗透装置，如图2(b)、(c)所示，装置的一端加入了约5mL的1.0mol/L蔗糖溶液和微量亚甲基蓝指示剂用于判断膜是否破损，另一端加入等体积NaCl、KCl、MgCl₂、CaCl₂盐溶液，盐溶液的浓度均为0.1mol/L，水通量的大小由式(3)得出。

式中，J为水通量，g/(m²·h·bar)；V为蔗糖侧增加液体体积，L；A为膜扩散的有效面积，m²；t为扩散时间，h；П为1.0mol/L蔗糖溶液产生的渗透压与盐溶液产生的渗透压差，kPa；渗透压的大小可根据Van’t Hoff方程计算得出，见式(4)。

式中，c为溶质粒子的浓度，mol/L；R为理想气体常数，值为8.314J/(K·mol)；T为热力学温度，K。盐离子的截留率R_s由式(5)计算得出。

采用有机锂插层法剥离制备的MoS₂片层中单片层含量占主导，1T相含量占比约为78.2%，片层形貌的AFM表征见图3(a)。视野内单片层占主导，片层厚度约为1.2nm，横向尺寸为500nm左右。MoS₂片层的1T相含量可由XPS分析得到，2H相Mo⁴⁺在3d_3/2和3d_5/2的峰值约为233.2eV和229.7eV，1T相Mo⁴⁺在3d_3/2和3d_5/2的峰值比2H相小0.9~1.0eV，据此对Mo进行分峰[图3(b)]。图中酒红色部分的面积代表了2H相MoS₂含量，青色部分面积代表了1T相MoS₂含量，由峰面积计算出1T相的含量约为78.2%。

MoS₂片层分散液能够以“胶体”体系稳定保存一周都不出现明显沉淀，MoS₂片层表面带有负电，引入金属离子后，MoS₂片层在静电作用下吸附金属离子导致分散液体系不再稳定。为了避免在抽滤过程中出现片层聚沉，需要研究加入La³⁺溶液后分散液聚沉需要的时间。实验结果如图4(a)所示，将等体积的片层溶液和离子溶液混合后，分散液在0.5h后仍未出现聚沉，静置2h后，分散液稳定性被破坏，出现了大量聚沉，SEM表征结果表明，聚沉物呈现无序的团聚状[图4(b)]。MoS₂单片层尺寸较小（<1μm），采用抽滤的方法成膜耗时较短（<10min），因此MoS₂离子插层膜注膜液往往在片层未开始聚沉就已经完成抽滤过程。

在循环试验中[图8(a)]，膜的通量由292.0g/(m²·h·bar)略微降低至233.3g/(m²·h·bar)，这可能是高压过滤中膜的截留作用会使染料分子滞留乃至堆积在膜表面，对水分子的传质过程产生较大的阻力。后续用去离子水清洗时，由于静电吸附在膜表面的染料分子不能完全被清洗去除，造成了La³⁺-MoS₂膜通量的持续降低。四种染料分子的三维尺寸均是由软件Multiwfn模拟计算得出，染料分子的尺寸大小见图8(b)。

空白MoS₂膜层间距较小，对Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺的截留率依次为98.5%、99.0%、98.3%、99.2%，然而水通量极小，仅有14.0g/(m²·h·bar)，难以实际应用。La³⁺-MoS₂膜对Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺四种阳离子的截留结果如图9所示。结果表明，La³⁺-MoS₂膜对这四种金属离子均表现出了很高的截留效果，依次为95.1%、95.1%、95.2%、95.4%。结合表1各种金属离子的水合半径大小和所带电荷的物性分析可以推断，La³⁺-MoS₂膜层间插入的La³⁺对传质过程中的金属离子产生了较大的Donnan排斥作用。随着离子尺寸增加，La³⁺-MoS₂膜的截留效果并没有出现明显的增强，反而截留率的上升趋势与金属离子的电荷增加趋势相符合。因此可以推论：La³⁺-MoS₂膜的脱盐性能是一种基于Donnan排斥理论的筛分过程。

为研究La³⁺-MoS₂膜在脱盐过程中的稳定性，进行了膜的重复实验。结果如图10所示，经四次循环后膜的通量没有呈现出减小趋势，而且对Na⁺的截留率仍然能保持在一个较高的水平。据此可以推断：MoS₂片层间的范德华力以及La³⁺与MoS₂片层的静电吸附作用足够强，使得片层与金属离子形成的Layer-M⁺-Layer堆叠结构能够保持稳定。不同于染料截留实验中染料分子会与层间镧离子吸附进而造成层间通道堵塞而降低水通量，金属盐离子与层间镧离子电性相斥。因而通过简单的水洗，盐离子能够全部洗脱，循环实验时，La³⁺-MoS₂膜的水通量没有表现出下降趋势。

利用镧离子溶液和MoS₂共混抽滤的方法使得金属镧离子成功地插入MoS₂层间，提出了一种简单高效的离子插层方法，La³⁺-MoS₂膜相比于未改性的MoS₂膜水通量提升了约18.5倍。对甲基橙的截留率为95.3%，对甲基蓝的截留率达到了96.9%，展现出了广谱的染料截留性能。同时对分子尺寸较小的Na⁺、K⁺，La³⁺-MoS₂的截留性能仍然能保持在95%以上，在印染废水处理方面展现了巨大应用潜力。研究结果对MoS₂膜的改性及对高盐度的印染废水处理提供了新策略。