一种有效处理高锰酸钾溶液的二维吸附剂碳化钛制备方法，包括：采用高能球磨细化三维层状Ti3AlC2粉体，然后利用HF酸对三元层状Ti3AlC2进行选择性的蚀刻，将其中的Al原子层去除后制备出层状特性的二维纳米碳化物MXene-Ti3C2，最后将MXene-Ti3C2作为纳米吸附剂，处理高锰酸钾溶液,本发明专利技术具有制备过程简单、过程可控、成本低、吸附效率高等特点。在污水处理，有毒气体处理等领域有很好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纳米材料制备及环境科学
，特别涉及了。
技术介绍
三元层状陶瓷材料Ti3AlCjP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。二维晶体是指以一个平面结构的形式存在的晶体，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，锂离子电池、太阳能电池、生物传感器等方面得到了广泛的应用。石墨烯因其较高的载流子迀移率、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新型复合材料、传感器、催化剂载体、储能器件等领域中展现出了广阔的应用前景。2011年I月，M.W.Barsoum等人成功用HF刻蚀掉MAX相中的A组分，生成了大量的二维类石墨烯过渡金属碳化物MXene，引起了广泛的关注；2013年8月，李等人通过理论计算表明MXene将在电子、储能、润滑等材料上有极大的应用前景；2014年I月，0.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。医疗和工业废水中常含有大量的高锰酸钾，并且高猛酸钾误服会中毒，高锰酸钾粉尘能刺激眼睛和皮肤，稀溶液有刺激性，浓溶液有腐蚀性，使皮肤、粘膜变质。因此，处理含高锰酸钾的废水是个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供，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的高锰酸钾溶液中1mgMXene-Ti3C2粉体可以在1min内达到吸附平衡，其吸附能力为97mg/g，吸附效果明显，二维层状MXene-Ti3C2粉体能有效地处理高锰酸钾溶液，为重金属锰污染提供了又一个有效纳米吸附剂，扩展了其应用领域。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:，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11#1(:2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Ih?4h，然后将所得固液混料在40°C?60°C下烘干，得到粒径在8 μπι-75 μπι的Ti3AlC_瓷粉体；步骤二，二维层状纳米材料MXene-Ti3C2的制备将步骤一中所得11#1(:2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中2g?1gTi 3A1C2粉体浸没在50!^?20011^质量浓度35￥丨％?45￥丨％册酸溶液中反应6h?120h ;磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5?6，再用无水乙醇反复清洗2?4次，以保证充分地去除腐蚀产物中的杂质，然后将所得产物室温烘干48h?96h，得到二维层状纳米材料MXene-Ti3C2;步骤三，吸附高锰酸钾称取步骤三1mg?20mg的二维层状MXene-Ti3C2置于1mL?50mL浓度为10mg/L的高锰酸钾溶液中，室温振荡，对高锰酸钾进行吸附实验。选取不同时间梯度0.5min?30min，在对应时间点上，离心固液分离，取吸附后的残余溶液，通过紫外分光光度计，测试溶液，计算数据，得到对应时间点的浓度值和吸附能力。利用二维层状吸附剂MXene-Ti3C2的优点，比如比表面积大，表面终端带有大量羟基，有利于高能酸根吸附结合等特点，进行了大量吸附试验，发现在100mg/L的高锰酸钾溶液中1mgMXene-Ti3C2粉体可以在5min内其吸附能力88mg/g，1min达到吸附平衡，其吸附能力97mg/g，吸附效果非常明显，基本达到完全吸附。【附图说明】图1为11#1(:2粉体腐蚀前后的XRD图；图2为二维层状MXene-Ti3C2粉体吸附高锰酸钾前后的SEM图；【具体实施方式】下面结合附图与实施例对本专利技术做进一步详细说明。实施例1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11#1(:2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4h，然后将所得固液混料在50°C下烘干，得到粒径约为8 μ m的11#1(:2陶瓷粉体；见图1，图1中XRD图谱说明了所得粉体的物相是Ti3AlC2晶体，且杂质含量极少。步骤二，二维层状纳米材料MXene-Ti3C2的制备将步骤一中所得11#1(:2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中5gTi 3A1C2粉体浸没在10mL质量浓度40wt% HF酸溶液中反应48h ;磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5?6，再用无水乙醇反复清洗3次，以保证充分地去除腐蚀产物中的杂质，然后将所得产物室温烘干72h，得到二维层状纳米材料MXene-Ti3C2;见图1，其中XRD图谱表明了 Ti3AlCJi射峰的变化，与理论计算的XRD衍射图谱对比，成功地得到MXene-Ti3C2粉体物相。见图2(a)，其中SEM图显示了 MXene-Ti 3C2的微观形貌，可以看出其片层厚度约为50nm，比表面积大，是典型的二维层状纳米材料；步骤三，吸附高锰酸钾称取步骤三1mg的二维层状MXene-Ti3C2置于1mL浓度为100mg/L的高锰酸钾溶液中，室温振荡，对高锰酸钾进行吸附实验，吸附1min后，离心固液分离，取吸附后的残余溶液，通过紫外分光光度计，测试溶液，计算数据，得到对应时间点的浓度值2.8mg/L和吸附能力97mg/g。吸附效果非常显著，基本达到完全吸附。见图2(b)，其中SEM图显示了MXene-Ti3C2吸附高锰酸钾后的微观形貌，可以看当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种有效处理高锰酸钾溶液的二维吸附剂碳化钛制备方法，其特征在于，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的制备将步骤一中所得Ti3AlC2陶瓷粉体浸没在HF酸溶液中，其中2g～10gTi3AlC2粉体浸没在50mL～200mL质量浓度35wt％～45wt％HF酸溶液中反应6h～120h；磁力搅拌，对三元层状Ti3AlC2粉体进行腐蚀处理后，用去离子水离心清洗至pH为5～6，再用无水乙醇反复清洗2～4次，以保证充分地去除腐蚀产物中的杂质，然后将所得产物室温烘干48h～96h，得到二维层状纳米材料MXene‑Ti3C2；步骤三，吸附高锰酸钾称取步骤三10mg～20mg的二维层状MXene‑Ti3C2置于10mL～50mL浓度为100mg/L的高锰酸钾溶液中，室温振荡，对高锰酸钾进行吸附实验。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱建锋，汤祎，杨晨辉，王芬，肖丹，王子婧，王鑫，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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