一种单层MXene胶体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种单层MXene胶体及其制备方法和应用，该方法包括以下步骤：S1、将无水LiCl溶解于无机酸中，得到溶液A；S2、向溶液A中加入MXene的前驱体，并于50～60℃下进行反应；S3、将S2的反应液加入到盐酸溶液中再进行反应；反应完成后取下层沉淀物重复加水离心，直至上层澄清液的pH为5；S4、向S3的下层沉淀物中加入乙醇，进行超声、分离；然后收集下层沉淀物，加水再进行超声、分离，收集上层液体，得到单层MXene胶体。将上述单层MXene胶体应用于选择性吸附铀酰离子。该方法操作简单，制备得到的单层MXene胶体稳定性好，且具有高效选择性去除铀酰的性能。铀酰的性能。铀酰的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种单层MXene胶体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及MXene材料以及铀酰废水处理
，具体涉及一种单层MXene胶体及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]MXene是由美国德雷塞尔大学(Drexel University)的Gogotsi和Barsoum等人在2011年合作发现的一种新型二维结构材料。以MAX相材料(一种三元层状陶瓷)为前驱物，使用化学刻蚀方法，将MAX相中结合较弱的原子层移除，即可制备得到层状结构的MXene。自从该新材料问世以来，受到了电化学、功能纳米材料等研究领域学者的广泛关注。
[0003]MXene的化学通式可用M
n+1
X
n
T
z
表示；其中M指过渡族金属，如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等；X指C或/和N；n一般为1
‑
3；T
z
指表面基团，如O2‑
、OH
‑
、F
‑
、NH3、NH
4+
等。其具有独特的二维层状结构，这种类型的石墨烯结构为离子的嵌入/脱出提供了扩散通道。然而，与其他二维材料一样，MXene的层状结构也带来了一系列问题，如因层堆叠大大降低了其比表面积的利用率，同时还因堆叠、团聚等问题极大的制约了MXene性能的发挥，进而严重限制了它们在许多领域中的应用。
[0004]迄今为止，MXene材料的应用研究主要集中在能源材料领域，这主要与MXene材料的高比表面积、较高的电导率、良好的电解液润湿性及较强的抗拉抗压能力、较高的密度(3.7g/cm3)有关，使其作为超级电容器电极材料展现出优越的电化学性能。鉴于其独特的表界面物理化学特性，MXene亦是一种性能优异的吸附材料。
[0005]燕山大学彭秋明等在HF刻蚀MAX相材料的基础上，进一步用NaOH插层活化处理制得Ti3C2T
x
(T＝OH/ONa，F)片层材料，并将其用于吸附水溶液中的重金属离子Pb(II)，且在其他二价竞争性离子(Ca
2+
，Mg
2+
)存在的条件下会对Pb(II)进行优先吸附[J.Am.Chem.Soc.2014,136,4113]。一些研究人员将Ti3C2T
x
片层材料用于研究染料分子的吸附和光催化降解行为，如Mashtalir等使用该材料对阳离子型染料分子甲基橙吸附[J.Mater.Chem.A 2014,2,14334]。相对于普通工业污染释放的重金属离子，核工业产生的放射性废液对人类和自然环境的危害更加显著。研究发现，MXene材料对溶液中放射性钯的最大吸附容量达到为184mg/g，且材料具有良好的重复使用性[Chem.Eng.J.2019,358,283]。如何通过结构改性，提高MXene对溶液中有害核素的吸附性能，是当前的热点研究课题[Chem.Eng.J.2020,397,1254282]。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种单层MXene胶体及其制备方法以及其在高效选择性吸附去除废水中铀酰离子上的应用，该方法操作简单，且得到单层MXene胶体稳定性好，且具有高效选择性去除铀酰的性能。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。
[0008]一种单层MXene胶体的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1、将无水LiCl溶解于无机酸中，得到溶液A；
[0010]S2、向溶液A中加入MXene的前驱体，并于50～60℃下进行反应；
[0011]S3、将S2的反应液加入到盐酸溶液中再进行反应；反应完成后取下层沉淀物重复加水离心，直至上层澄清液的pH为5；
[0012]S4、向S3的下层沉淀物中加入乙醇，进行超声、分离；然后收集下层沉淀物，加水再进行超声、分离，收集上层液体，得到单层MXene胶体。
[0013]进一步，S1中，所述无机酸为氢氟酸和/或盐酸。在此，氢氟酸的质量浓度约为40％；盐酸的质量浓度约为36％～37％。
[0014]更进一步，S1中，LiCl与无机酸的用量比为1g：10～20mL。
[0015]进一步，S2中，所述MXene的前驱体为Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC、Nb2AlC中的任意一种或者多种的混合。
[0016]更进一步，S2中，MXene的前驱体与LiCl的质量比为1：1～2。
[0017]进一步，S3中，MXene的前驱体与盐酸溶液的用量比为1g：30mL；所述盐酸溶液的质量浓度为18％。
[0018]进一步，S4中，超声前的溶液需要通氮气处理20min；超声过程是在0～4℃冰浴中进行；超声时间为20～90min。此处超声采用的是750W大功率超声机。
[0019]进一步，S4中，MXene的前驱体与去离子水的用量比为1g：20～60mL。根据去离子水的用量，控制MXene胶体的最终浓度。
[0020]进一步，S4中，MXene的前驱体与乙醇的用量比1g：40～80mL。
[0021]本专利技术还提供一种采用上述方法制备得到的单层MXene胶体。
[0022]本专利技术还提供一种采用上述单层MXene胶体在选择性吸附去除铀酰离子上的应用。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、本专利技术主要是在HF/LiCl溶液中蚀刻出了少层MXene团聚体，通过进一步的超声处理生成单层MXene胶体。本专利技术方法所使用的设备简单，制备得到的单层MXene胶体稳定性好，横向面积大，分散度高。
[0025]2、本专利技术制备得到的单层MXene胶体对铀铣具有良好的选择吸附性能。电子显微分析和小角散射技术表明所制备的单层MXene胶体具有单片层结构和高比表面积，且其具有负的表面电位，因此单层MXene胶体对铀酰离子具有高吸附效率。X射线光电子能谱分析表明单层MXene胶体的氧化还原特性和表面
‑
F官能团是其具有选择性吸附铀酰的本质原因。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1得到的单层Ti3C2T
X
胶体的透射电子显微图像。
[0027]图2为本专利技术实施例1、比较例1、比较例2得到的产物针对铀酰U(VI)吸附性能的对比柱形图。
[0028]图3为本专利技术实施例1得到的单层Ti3C2T
X
胶体针对铀酰U(VI)的吸附性能。
[0029]图4为本专利技术实施例1得到的单层Ti3C2T
X
胶体针对铀矿原液的吸附性能。
[0030]图5是比较例1得到的多层Ti3C2T
X
粉末和少层Ti3C2T
X
‑
Li粉末的电子显微图像。其
中，图5(a)为多层Ti3C2T
X
粉末的电子显微图像；图5(b和c)为少层Ti3C2T
X
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Li粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单层MXene胶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将无水LiCl溶解于无机酸中，得到溶液A；S2、向溶液A中加入MXene的前驱体，并于50～60℃下进行反应；S3、将S2的反应液加入到盐酸溶液中再进行反应；反应完成后取下层沉淀物重复加水离心，直至上层澄清液的pH为5；S4、向S3的下层沉淀物中加入乙醇，进行超声、分离；然后收集下层沉淀物，加水再进行超声、分离，收集上层液体，得到单层MXene胶体。2.根据权利要求1所述的单层MXene胶体的制备方法，其特征在于，S1中，所述无机酸为氢氟酸和/或盐酸。3.根据权利要求2所述的单层MXene胶体的制备方法，其特征在于，S1中，LiCl与无机酸的用量比为1g：10～20mL。4.根据权利要求1所述的单层MXene胶体的制备方法，其特征在于，S2中，所述MXene的前驱体为Ti3AlC2、Ti2AlC、V2Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：田强，张建桥，贺和颀，晏敏皓，孙佳一，王雪莹，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：