一种制造技术

一种

【技术实现步骤摘要】
一种MXene/Co
‑
MOF复合电极材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于电容去离子用复合电极
，具体涉及一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料
、
制备方法及其应用
。

技术介绍

[0002]随着工业的快速发展，重金属废水大量排放，这些重金属废水进入水环境将会造成水资源污染和生态环境破坏
。
因此，寻找合理
、
高效的处理重金属废水的方法，对于保护生态环境
、
缓解水危机无疑是意义重大的
。
电容去离子技术具有能耗低
、
原位再生
、
对环境无二次污染等优点，在水处理领域有很大的应用潜力和广泛的应用前景
。
[0003]电容去离子技术去除重金属污染物的关键在于电极材料
。
高性能电极材料的开发及研究是提高电容去离子技术分离效率和实用化程度以及降低过程能耗的核心环节
。
目前电容去离子技术电极材料以碳材料为主，但碳材料受限于可供离子吸附的比表面积及共存离子排斥效应的影响，导致脱盐量不高
。
因此，研制性能更加优异的电容去离子电极材料具有十分重要的理论和实践意义
。
[0004]MXene(
二维层状结构的过渡金属碳
/
氮
/
碳氮化物材料，具体是指一类具有
M
n+1
X/>n
T
x
元素构成的材料体系，其中
M
表示过渡族金属元素，
X
表示
C
或者
N
，
T
指的是该二维材料表面的基团
/
修饰体
)
作为一种新型的二维层状结构法拉第电极材料而备受关注，
MXene
具有比电容高
、
导电性佳
、
较好的机械性能以及独特的层状结构，逐渐被应用于催化
、
二次电池
、
电容脱盐等领域
。MXene
通过氧化还原反应实现脱嵌离子，同时避免了共离子效应
。
但是
MXene
纳米片在层间范德华力和氢键作用下，容易发生塌陷和堆垛，在水溶液中表现出严重的溶胀行为，从而影响其电化学性能，严重限制其实际应用
。
针对以上问题，本专利技术运用复合材料的设计思路，构筑紧密耦合的
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料，为解决上述问题提供了一个新的思路
(MOF
：金属有机框架
)。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料
、
制备方法及其应用
。
[0006]本专利技术运用复合材料的设计思路，构筑紧密耦合的
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料，为解决上述问题提供了一个新的思路
。
本专利技术通过引入
Co
‑
MOF
解决
MXene
自堆积效应造成暴露活性位点大量减少的问题，同时可提高
Co
‑
MOF
的导电性，并提供额外的赝电容贡献
。
通过借助
MOF
材料的组分易调控
、
多孔性
、
高比表面积
、
可修饰的特点和
MXene
的高比表面积
、
高电导率
、
组分可调
、
耐酸碱等优势，弥补他们自身存在的不足，构筑新型高效
、
高稳定性的
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料
。
该复合材料应用于电容去离子技术的电极材料去除有毒重金属，能有效的提高去除率
。
为电容去离子技术在污水处理的应用提供支持，为解决我国水资源短缺问题做出应有的贡献
。
[0007]本专利技术首先提供一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料的制备方法，其步骤如下：
[0008]1)
将
MAX
粉末浸没在
HF
溶液中进行刻蚀，刻蚀完成静置一段时间后对溶液进行离
心，收集沉淀后洗涤至中性；
[0009]2)
将步骤
1)
洗涤至中性的沉淀放入蒸馏水中超声剥离，离心得到
MXene
材料；
[0010]3)
将步骤
2)
得到的
MXene
材料放入
N,N
‑
二甲基甲酰胺中超声分散，超声完成后向其中加入
1,3,5
‑
苯三羧酸并搅拌，搅拌完成后将含有六水硝酸钴的
N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液加入其中并搅拌，搅拌完成后将混合液转移到反应釜中进行反应，反应结束自然冷却到室温后将反应产物用
N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇洗涤多次，直至洗涤液
pH
接近中性，产物真空干燥后得到本专利技术所述的
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料
。
[0011]进一步的，步骤
1)
中
MAX
粉末为
Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC
中的一种
。
[0012]进一步的，步骤
1)
中
HF
溶液的质量分数为
20
～
40
％
。
[0013]进一步的，步骤
1)
中
MAX
粉末质量与
HF
溶液体积比为
1g
：
10
～
20mL。
[0014]进一步的，步骤
1)
中刻蚀温度为
25
～
45℃
，刻蚀时间为
24
～
48h。
[0015]进一步的，步骤
1)
中静置时间为
20
～
40min。
[0016]进一步的，步骤
2)
中超声功率为
600
～
1000W
，超声时间为2～
6h。
[0017]进一步的，步骤
3)
中
MXene
材料和
1,3,5
‑
苯三羧酸的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料的制备方法，其步骤如下：
1)
将
MAX
粉末浸没在
HF
溶液中进行刻蚀，刻蚀完成静置一段时间后对溶液进行离心，收集沉淀后洗涤至中性；
2)
将步骤
1)
洗涤至中性的沉淀放入蒸馏水中超声剥离，离心得到
MXene
材料；
3)
将步骤
2)
得到的
MXene
材料放入
N,N
‑
二甲基甲酰胺中超声分散，超声完成后向其中加入
1,3,5
‑
苯三羧酸并搅拌，搅拌完成后将含有六水硝酸钴的
N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液加入其中并搅拌，搅拌完成后将混合液转移到反应釜中进行反应，反应结束自然冷却到室温后将反应产物用
N,N
‑
二甲基甲酰胺和无水乙醇洗涤多次，直至洗涤液
pH
接近中性，产物真空干燥后得到
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料
。2.
如权利要求1所述的一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中
MAX
粉末为
Ti3AlC2、Ti2AlC、V2AlC
中的一种，
HF
溶液的质量分数为
20
～
40
％，
MAX
粉末质量与
HF
溶液体积比为
1g
：
10
～
20mL。3.
如权利要求1所述的一种
MXene/Co
‑
MOF
复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中刻蚀温度为
25
～
45℃

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓飞，苏鹏辰，薛伟，贾明畅，李晓旋，李秋婷，于雅潇，
申请(专利权)人：承德石油高等专科学校，
类型：发明
国别省市：