[发明专利]一种二维碳化钛吸附剂及其应用

说明书

本发明涉及一种二维碳化钛吸附剂及其应用，属于材料制备及环保应用技术领域。该方法通过将三元层状化合物Ti₃AlC₂陶瓷粉末浸泡在HCl和LiF的混合溶液中反应一段时间，层状化合物Ti₃AlC₂中间的Al层被缓慢腐蚀，使其结构具有多空隙和大的比表面积，之后清洗、离心、干燥，最后将其用于处理有机染料废水，吸附效果显著。本发明制备方法简便，可快速制备目标材料。制得的二维碳化钛吸附材料的原理为有机染料分子的吸附，Ti₃C₂的表面和层间的吸附点位均被染料分子占据，因此本发明的吸附剂主要用于去除污水中的有机染料分子。

技术领域：

本发明涉及一种二维碳化钛吸附材料制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

工业废水中含有多种有毒有机物分子和致癌重金属离子，其过度排放严重威胁人体和环境的健康。吸附技术由于其低廉的成本和简易的操作流程，成为一种较为理想的去除污水中有害分子或离子的方法。吸附是将具有较大比表面积和较高表面能的材料置于废水中，从而将各污染物吸附，达到脱色和从废水中分离污染物的效果。现阶段，国外主要的吸附剂以活性炭居多，它对废水中的各类可溶性染料和重金属离子有很好的吸附去除效果，但是对于吸附完成后的清洗工作比较困难，对一些大分子染料的吸附力还比较弱，而且再生较为繁琐。此外，有的学者还使用活性硅藻土和煤渣等来处理染料废水，虽然处理的效果不错，但是泥渣用量大且易引入二次污染也是一个致命的缺点。因此，寻求高效、环境友好型的新型吸附材料成为了迫切的课题。

二维材料如石墨烯因其优异的比表面积、高去除率及高吸附量在吸附领域得到广泛关注，但是石墨烯是一种单原子结构材料，相对而言原子间结合力较弱，表面缺乏官能团无法提供更多有效的吸附位置，同时，石墨烯的生产效率和再回收率较低，价格昂贵，严重限制其在吸附行业的应用。

近年来，一类新型二维半导体材料MXenes受到材料研究者的广泛关注(Naguib，M.，Advanced Materials，2014：26(7)：992-1005)。除用于能量储存方面外，研究还发现其不仅具有优异的吸附活性，还具备一定的光催化性能(Mashtalir O，et al.Journal ofMaterials Chemistry A，2014：2(35)：14334-14338)，相比于单原子结构的石墨烯，MXenes更为稳定多元的价键结构提供了它更为优异的性能特点和应用前景，在环境净化领域具有潜在的应用价值。Mashtalir等研究发现Ti₃C₂对亚甲基蓝具有很好的吸附效果，对初始浓度为50mg/L的，8h达到吸附平衡，且平衡吸附量为39mg/g。孙正明等利用碱化后的二维碳化钛吸附材料去除污水中的染料分子、重金属离子等污染物(孙正明等一种二维碳化钛吸附材料的制备方法：中国，201610888635.9[P].2017-01-04)。

到目前为止，MXenes主要是通过浓氢氟酸(HF)刻蚀MAX相得到的，其直接制备或碱化以后制备的二维碳化钛吸附剂吸附时间长，还需要处理浓缩的HF、强碱和危险费力的多步骤过程。

为此，我们对二维碳化钛吸附剂制备进行了进一步研究，已解决现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种高产、安全、简单、快速，一步合成二维碳化钛吸附剂的制备方法，制得的二维碳化钛吸附剂对50mg/L亚甲基蓝溶液1.5小时达到吸附平衡，吸附量高达50mg/g。

本发明的另一目的为提供上述方法制备的二维碳化钛吸附剂的应用，主要用于去除污水中的染料分子、重金属离子等污染物，其对50mg/L亚甲基蓝溶液1.5小时达到吸附平衡，吸附量高达50mg/g，吸附速率及性能均优于常规HF工艺制备的二维碳化钛吸附剂。

为了达到以上目的，本发明的二维碳化钛吸附剂采用如下的技术方案：