[发明专利]有效吸附六价铬离子的二维纳米吸附剂碳化钛制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备及环境科学技术领域，尤其涉及有效吸附六价铬离子的二维纳米吸附剂碳化钛制备方法。

背景技术

三元层状陶瓷材料Ti₃AlC₂和石墨结构上有着相似之处。紧密堆积的过渡金属原子Ti的八面体层被一平面层Al原子分隔，且每三层就有一Al原子层，Ti八面体中心为碳原子，Ti与C原子之间形成八面体，C原子位于八面体的中心，Ti原子和C原子之间为强共价键结合，使得材料具有高弹性模量；而Ti原子和Al族平面之间为弱结合，与石墨层间范得华力的弱键结合相似，使得材料具有层状结构和自润滑性。

Ti₃AlC₂是一种特殊的金属与陶瓷之间的复合物，同时兼具有金属和陶瓷的优良性能。这类化合物既具有金属性能，在常温下，有很好的导热性能和导电性能，有较低的维氏显微硬度和较高的弹性模量和剪切模量，像金属一样可以进行机械加工，并在较高温度下具有塑性；同时又具有陶瓷的性能，有较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和良好的抗氧化性。

二维层状纳米碳化物是一种类石墨烯结构的材料，超薄二维纳米片由于其独特的形貌结构、较小的颗粒尺寸、较大的表面体积比和原子级的层片厚度而具有超强的催化性能、光伏性能和电化学性能，得到了广泛的应用。例如，石墨烯因其较高的载流子迁移率、良好的机械柔韧度和光透明性以及优异的化学稳定性，使得这种二维纳米结构材料已在包括处理有毒重金属离子、新型复合材料、催化剂载体、储能器件等领域中展现出了广阔的应用前景。

因为废水中重金属离子的毒性和致癌性，所以处理有毒重金属离子成为一个很广泛和严重的环境问题。

2012年10月，朱等人通过对可膨胀石墨基复合材料的制备和改性，将其用于水中特定污染物的去除；

2014年1月，O.Mashtalir等人将二维层状纳米碳化物Ti₃C₂用于对废水中的有机染料的去除；

2014年3月，Peng等人成功的利用二维层状纳米碳化物Ti₃C₂吸附了废水中的有毒重金属铅离子。

六价铬离子是一种有毒的重金属离子，本实验采用重铬酸钾溶液来模拟含六价铬离子的废水。重铬酸钾为用途极广的铬化合物，用于铬酸混合液和重铬酸滴定等实验室应用，工业上的铬酸盐、重铬酸盐制造、有机合成等。是一种有毒且有致癌性的强氧化剂，反复或长期接触低浓度铬化合物的人可引发肺癌。因此，用于处理有毒重金属铬离子的吸附剂成为研究热点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供有效吸附六价铬离子的二维纳米吸附剂碳化钛制备方法。利用二维层状吸附剂MXene-Ti₃C₂比表面积大，表面大量存在羟基官能团等优点，在100mg/L的重铬酸钾溶液中10mgMXene-Ti₃C₂粉体可以在8h内达到吸附平衡，其吸附能力为81mg/g，吸附效果明显,二维层状MXene-Ti₃C₂粉体能有效地吸附有毒六价铬离子，为治理重金属铬污染提供了一个有效纳米吸附剂，扩展了其在污水处理，有毒气体处理领域的应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

有效吸附六价铬离子的二维纳米吸附剂碳化钛制备方法，包括下述步骤：

步骤一，细化粉体

利用高能球磨细化纯度大于97％的三元层状Ti₃AlC₂陶瓷粉体，球磨条件：球石，混料及球磨介质的质量比为10:1:1，球磨介质为无水乙醇，球磨转速为400r/min，高能球磨时间为1h～4h，然后将所得固液混料在40℃～60℃下烘干，得到粒径在8μm-75μm的Ti₃AlC₂陶瓷粉体；

步骤二，二维层状纳米材料MXene-Ti₃C₂的制备