有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備及環(huán)境科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]三元層狀陶瓷材料Ti3AlCjP石墨結(jié)構(gòu)上有著相似之處。緊密堆積的過渡金屬原子Ti的八面體層被一平面層Al原子分隔，且每三層就有一 Al原子層，Ti八面體中心為碳原子，Ti與C原子之間形成八面體，C原子位于八面體的中心，Ti原子和C原子之間為強共價鍵結(jié)合，使得材料具有高彈性模量；而Ti原子和Al族平面之間為弱結(jié)合，與石墨層間范得華力的弱鍵結(jié)合相似，使得材料具有層狀結(jié)構(gòu)和自潤滑性。
[0003]Ti3AlC2是一種特殊的金屬與陶瓷之間的復(fù)合物，同時兼具有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能。這類化合物既具有金屬性能，在常溫下，有很好的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，有較低的維氏顯微硬度和較高的彈性模量和剪切模量，像金屬一樣可以進行機械加工，并在較高溫度下具有塑性；同時又具有陶瓷的性能，有較高的屈服強度，高熔點，高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性。
[0004]二維層狀納米碳化物是一種類石墨烯結(jié)構(gòu)的材料，超薄二維納米片由于其獨特的形貌結(jié)構(gòu)、較小的顆粒尺寸、較大的表面體積比和原子級的層片厚度而具有超強的催化性能、光伏性能和電化學(xué)性能，得到了廣泛的應(yīng)用。例如，石墨烯因其較高的載流子迀移率、良好的機械柔韌度和光透明性以及優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，使得這種二維納米結(jié)構(gòu)材料已在包括處理有毒重金屬離子、新型復(fù)合材料、催化劑載體、儲能器件等領(lǐng)域中展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
[0005]因為廢水中重金屬離子的毒性和致癌性，所以處理有毒重金屬離子成為一個很廣泛和嚴重的環(huán)境問題。
[0006]2012年10月，朱等人通過對可膨脹石墨基復(fù)合材料的制備和改性，將其用于水中特定污染物的去除；
[0007]2014年I月，0.Mashtalir等人將二維層狀納米碳化物Ti3C2用于對廢水中的有機染料的去除；
[0008]2014年3月，Peng等人成功的利用二維層狀納米碳化物Ti3C2吸附了廢水中的有毒重金屬鉛離子。
[0009]六價鉻離子是一種有毒的重金屬離子，本實驗采用重鉻酸鉀溶液來模擬含六價鉻離子的廢水。重鉻酸鉀為用途極廣的鉻化合物，用于鉻酸混合液和重鉻酸滴定等實驗室應(yīng)用，工業(yè)上的鉻酸鹽、重鉻酸鹽制造、有機合成等。是一種有毒且有致癌性的強氧化劑，反復(fù)或長期接觸低濃度鉻化合物的人可引發(fā)肺癌。因此，用于處理有毒重金屬鉻離子的吸附劑成為研宄熱點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法。利用二維層狀吸附劑MXene-Ti3C2比表面積大，表面大量存在羥基官能團等優(yōu)點，在100mg/L的重鉻酸鉀溶液中1mgMXene-Ti3C2粉體可以在8h內(nèi)達到吸附平衡，其吸附能力為Slmg/g，吸附效果明顯，二維層狀MXene-Ti3C2粉體能有效地吸附有毒六價鉻離子，為治理重金屬鉻污染提供了一個有效納米吸附劑，擴展了其在污水處理，有毒氣體處理領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0011]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0012]有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法，包括下述步驟:
[0013]步驟一，細化粉體
[0014]利用高能球磨細化純度大于97%的三元層狀11#1(:2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為10:1: 1，球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時間為Ih?4h，然后將所得固液混料在40°C?60°C下烘干，得到粒徑在8 μπι-75 μπι的Ti3AlC_瓷粉體；
[0015]步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti3C2的制備
[0016]將步驟一中所得11#1(:2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中2g?1gTi 3A1C2粉體浸沒在50!^?20011^質(zhì)量濃度35￥丨％?45￥丨％冊酸溶液中反應(yīng)6h?120h ;磁力攪拌，對三元層狀Ti3AlC2粉體進行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，再用無水乙醇反復(fù)清洗2?4次，以保證充分地去除腐蝕產(chǎn)物中的雜質(zhì)，然后將所得產(chǎn)物室溫烘干48h?96h，得到二維層狀納米材料MXene-Ti3C2;
[0017]步驟三，吸附有毒六價鉻離子
[0018]稱取步驟二中1mg?20mg的二維層狀MXene-Ti3C2置于1mL?50mL濃度為100mg/L的六價鉻離子中溶液中，室溫振蕩，對有毒六價鉻離子進行吸附實驗。
[0019]選取不同時間梯度0.5h?12h，在對應(yīng)時間點上，離心固液分離，取吸附后的殘余溶液，通過紫外分光光度計，測試溶液，計算數(shù)據(jù)，得到對應(yīng)時間點的濃度值和吸附能力。
[0020]所述的六價鉻離子溶液為重鉻酸鉀溶液。
[0021]本發(fā)明的有益效果:所述的六價鉻離子溶液為重鉻酸鉀溶液，利用二維層狀吸附劑MXene-Ti3C2的優(yōu)點，比如比表面積大，表面終端帶有大量羥基，有利于六價鉻離子吸附結(jié)合等特點，進行了大量吸附試驗，發(fā)現(xiàn)在100mg/L的重絡(luò)酸鉀溶液中1mgMXene-Ti3C2粉體可以在8h內(nèi)達到吸附平衡，其吸附能力81mg/g，吸附效果非常明顯，有利于有毒六價鉻離子的去除，進而治理污染，保護環(huán)境。
【附圖說明】
[0022]圖1為11#1(:2粉體腐蝕前后的XRD圖；
[0023]圖2為MXene-Ti3C2粉體的SEM圖及吸附重鉻酸鉀殘余量隨時間變化的柱狀圖，插圖為吸附前后殘余溶液的顏色對比圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0025]實施例1
[0026]步驟一，細化粉體
[0027]利用高能球磨細化純度大于97%的三元層狀11#1(:2陶瓷粉體，球磨條件:球石，混料及球磨介質(zhì)的質(zhì)量比為10:1: 1，球磨介質(zhì)為無水乙醇，球磨轉(zhuǎn)速為400r/min，高能球磨時間為4h，然后將所得固液混料在50°C下烘干，得到粒徑約為8 μ m的11#1(:2陶瓷粉體；見圖1，圖1中XRD圖譜說明了所得粉體的物相是Ti3AlC2晶體，且雜質(zhì)含量極少。
[0028]步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti3C2的制備
[0029]將步驟一中所得11#1(:2陶瓷粉體浸沒在HF酸溶液中，其中5gTi 3A1C2粉體浸沒在10mL質(zhì)量濃度40wt% HF酸溶液中反應(yīng)48h ;磁力攪拌，對三元層狀Ti3AlC2粉體進行腐蝕處理后，用去離子水離心清洗至pH為5?6，再用無水乙醇反復(fù)清洗3次，以保證充分地去除腐蝕產(chǎn)物中的雜質(zhì)，然后將所得產(chǎn)物室溫烘干72h，得到二維層狀納米材料MXene-Ti3C2;見圖1，其中XRD圖譜表明了 Ti3AlCJi射峰的變化，與理論計算的XRD衍射圖譜對比，成功地得到MXene-Ti3C2粉體物相。見圖2，其中SEM圖顯示了 MXene-Ti 3C2的微觀形貌，可以看出其片層厚度約為50nm，比表面積大，是典型的二維層狀納米材料；
[0030]步驟三，吸附有毒六價鉻離子
[0031]稱取步驟三1mg的二維層狀MXene-Ti3C2置于1mL濃度為100mg/L的重鉻酸鉀溶液中，室溫振蕩，對有毒六價鉻離子進行吸附實驗，吸附8h后，離心固液分離，取吸附后的殘余溶液，通過