本发明专利技术公开了一种二维层状吸附材料及其制备方法和用途。所述二维层状吸附剂以钛碳化铝(Ti3AlC2)块体材料为原材料，以三氟乙酸为刻蚀剂，采用水热法制备。制备的Ti3C2吸附剂微观结构为二维片层状结构，并且表面含有丰富的不饱和键作为吸附位点。本发明专利技术方法解决了传统的氢氟酸等强酸刻蚀所带来的环境污染问题。由本发明专利技术方法制备的Ti3C2二维层状吸附剂表现出优异的染料吸附性能。优异的染料吸附性能。优异的染料吸附性能。
【技术实现步骤摘要】
一种二维层状吸附材料及其制备方法和用途
[0001]本专利技术涉及吸附材料
，具体涉及一种二维层状吸附材料及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]在现代工业中，各种染料常被用于各种工业领域，例如纺织、造纸、打印和皮革鞣制加工。这些染料使用后会被作为工业废液排出，从而引起严重的环境问题。此外，废水中的染料具有稳定的分子结构和化学性质，在常规条件下很难被降解，因此，解决废水中的染料污染是一个亟待解决的问题。然而，传统的清洁技术，例如生物降解、固化、化学和电化学氧化都需要较高的成本和能量消耗，甚至在去除染料的过程中会引起二次污染。而吸附技术由于它独特的高效、普适、环境友好以及易于操作等优点，被认为是用来处理染料废水的极具潜力且成本效益较好的方法。吸附剂的吸附性能和它们的形貌、表面电荷和官能团有关，开发适当结构的新型吸附剂用于染料吸附是非常有必要的。最近，二维Ti3C2材料由于其独特的电化学性能被广泛应用于锂离子电池，超级电容器和全电池中。利用强腐蚀性的氢氟酸刻蚀掉钛碳化铝(Ti3AlC2)原材料中间的铝层，得到的Ti3C2二维材料表面有大量未饱和的悬挂键和功能团，这些悬挂键和官能团可作为染料分子的吸附位点。因此，层状Ti3C2材料是一种非常理想的染料吸附材料。然而，强腐蚀性的氢氟酸的使用对生态系统危害较大，因此，应该开发新的环境友好的制备方法来构建二维层状Ti3C2结构。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的是针对目前Ti3C2染料吸附领域存在的强酸刻蚀制备存在环境危害的问题，提出一种新型的制备策略，通过三氟乙酸中释放的氟离子和铝原子层反应，从而形成二维的Ti3C2层状结构。
[0004]一种二维层状吸附材料，它的结构为二维层状结构，其颗粒平均粒度可以为10
‑
500nm，优选为10
‑
50nm，进一步优选地，所述平均粒度为10
‑
15nm。
[0005]进一步地，所述的二维层状吸附材料，在制备的过程中，刻蚀铝层可使其表面生成大量不饱和悬挂键和官能团。
[0006]进一步地，以三氟乙酸取代氢氟酸，不再使用强酸性刻蚀剂。
[0007]进一步地，本专利技术所述二维层状吸附材料具有较高的吸附性能，作为实例Ti3C2‑
72h的吸附刚果红染料性能可达351mg g
‑1，为同等条件下钛碳化铝的9.2倍。
[0008]进一步地，本专利技术所述二维层状吸附材料具有较快的吸附速率，作为实例Ti3C2‑
72h的吸附刚果红染料的速率常数可达0.54
×
10
‑3g min
‑1mg
‑1。
[0009]本专利技术还提供一种二维层状吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将三氟乙酸，钛碳化铝依次加入去离子水中，持续搅拌，形成均匀的黑色混合溶液；
[0011](2)将上述搅拌均匀的黑色混合溶液加入聚四氟乙烯高压反应釜中，加热进行水
热反应；
[0012](3)用盐酸和无水乙醇反复冲洗水热反应产物，并将冲洗干净的产物进行冷冻干燥，获得二维层状吸附材料。
[0013]进一步地，步骤(1)中所述三氟乙酸溶液的体积为10
‑
20mL，优选体积为15mL。
[0014]进一步地，步骤(1)中所述去离子水、三氟乙酸和钛碳化铝配比为(10
‑
20)mL：(10
‑
20)mL：(0.1
‑
5)g。
[0015]进一步地，根据本专利技术，步骤(1)中所述搅拌时间为20min以上，作为示例性的实例，搅拌时间为30分钟。
[0016]进一步地，步骤(3)中所述盐酸浓度为0.1
‑
0.3M。
[0017]进一步地，根据本专利技术，步骤(2)中，所述水热反应时间为12h以上，，例如可以为24h、36h、48h、60h、72h。
[0018]进一步地，进一步地，步骤(3)中所述冷冻干燥方法为真空冷冻干燥，真空冷冻干燥时间为12h以上，作为示例性的实例，冷冻干燥时间为24h。
[0019]本专利技术还提供一种二维层状吸附材料的用途，所述二维层状吸附材料用于染料吸附，优选用于吸附刚果红染料。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]1.本专利技术的吸附剂制备方法简单，制备成本低廉，易于大规模生产。
[0022]2.本专利技术的吸附剂与传统制备方法相比，不需要使用强酸性刻蚀剂刻蚀钛碳化铝中间的铝层，制备过程中产生的有害废液少，对生态环境比较友好。
[0023]3.本专利技术的吸附剂与普通块体吸附剂相比，具有较高的吸附活性和较快的吸附速率。
附图说明
[0024]图1中(a)Ti3AlC2,(b)Ti3C2‑
24h,(c)Ti3C2‑
48h和(d)Ti3C2‑
72h的扫描电镜图；
[0025]图2中Ti3AlC2,Ti3C2‑
24h,Ti3C2‑
48h和Ti3C2‑
72h的XRD谱图；
[0026]图3中Ti3AlC2,Ti3C2‑
24h,Ti3C2‑
48h和Ti3C2‑
72h对于刚果红染料的(a)吸附量和(b)吸附动力学曲线图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外，应理解，在阅读了本专利技术所记载的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本专利技术所限定的范围。
[0028]本专利技术通过下述实施例进行详细说明。但本领域技术人员了解，下述实施例不是对本专利技术保护范围的限制。任何在本专利技术基础上做出的改进和变化，都在本专利技术的保护范围之内。
[0029]除非另有说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售物质。
[0030]实施例样品的透射电镜是使用扫描透射电子显微镜JEOL JSM
‑
7500进行表征，见图1。
[0031]实施例样品的XRD谱图是使用Rigaku miniflex
‑
600粉末衍射仪进行表征，见图2。
[0032]实施例样品对染料降解浓度的紫外可见吸收光谱是使用Shimadzu UVmini 1240紫外
‑
可见分光光度计进行表征。
[0033]对比例1
[0034]将原材料钛碳化铝(Ti3AlC2)作为对比例。
[0035]实施例1
[0036]一种二维层状Ti3C2吸附材料的制备方法，包括以下步骤：
[0037]烧杯中加入15mL去离子水，再将15mL的三氟乙酸，逐滴加入去离子水中，持续搅拌30分钟后，再向上述混合溶液中缓慢加入1g钛碳化铝(Ti3AlC2)，继续搅拌30分钟。
[0038]然后将上述搅拌均匀的黑色混合溶液加入80m本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二维层状吸附材料，其特征在于，它的结构为二维层状结构，其单层平均厚度为10
‑
15nm。2.根据权利要求1所述的二维层状吸附材料，其特征在于：在制备的过程中，刻蚀铝层可使其表面生成大量不饱和悬挂键和官能团。3.根据权利要求1所述的二维层状吸附材料，其特征在于：以三氟乙酸取代氢氟酸，不再使用强酸性刻蚀剂。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述二维层状吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将三氟乙酸，钛碳化铝依次加入去离子水中，持续搅拌，形成均匀的黑色混合溶液；(2)将上述搅拌均匀的黑色混合溶液加入聚四氟乙烯高压反应釜中，加热进行水热反应；(3)用盐酸和无水乙醇反复冲洗水热反应产物，并将冲洗干净的产物进行冷冻干燥，获得二维层状吸附材料。5.如权利要求4所述二维层状吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述三氟乙酸溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹏飞，乔梁，李国京，李笑玮，王康，黄定旺，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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