[發明專利]一種Ti3C2納米片在處理水中高氧化性有毒金屬離子的應用

有效

• 申請號: 201410410040.3
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104192967A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 彭新生;應玉龍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F1/62
• 分類號: C02F1/62;C02F1/64;C01B31/30;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及二維層狀材料的技術領域，特別涉及一種Ti₃C₂納米片在處理水中高氧化性有毒金屬離子的應用。

背景技術

工業化的發展產生了越來越多的工業廢水，如何高效地去除污水中的污染物，如有機染料、重金屬、有機農藥等等，成為了目前人們比較關心的環境問題。鉻、錳及其化合物等強氧化物劑，在工業上得到了廣泛地應用，如冶金、化工、礦物工程、電鍍、制鉻、顏料、制藥、輕工紡織等一系列行業，但是隨之而來的是大量的含有鉻、錳等高氧化性物質的廢水的產生。

水體中鉻主要以Cr(VI)和Cr(Ⅲ)兩種形式存在，Cr(VI)具有很強的遷移性和毒性，在生理pH范圍內，Cr(VI)比Cr(Ⅲ)更易穿透細胞膜進入細胞，被細胞內存在的還原性物質還原為Cr(Ⅲ)。期間產生的大量的中間產物，可以與DNA反應而使DNA解旋或斷裂，從而對人體造成巨大危害。此外，Cr(VI)還可誘發癌癥，具有潛在的致畸和致突變作用。我國廢水排放標準(GB8978-1996)中要求Cr(VI)的濃度低于0.5mg/L。世界衛生組織(WHO)“飲用水質標準”和我國“飲用凈水水質標準”都明確規定飲用水中Cr(VI)含量不得大于0.05mg/L。

目前，去除水中高氧化性有毒離子，如Cr(VI)的方法有很多，其中，比較傳統的有氧化還原法，如采用亞硫酸氫鈉或硫酸亞鐵進行處理，兩種方法的理論處理能力分別為250mg/g和62.5mg/g。

比較新穎的有離子交換法、反滲透膜法、電滲析法、吸附法等。如EI-Sikaily等(EI-Sikaily,A.El?Nemr,A.Khaled,O.Abdelwehab,J.Hazard.Mater.,2007,148,216-228.)采用活性炭作為吸附劑去除水中的Cr(VI)，處理能力為112.36?mg/g；又如H.L.Ma等(H.L.Ma,Y.W.Zhang,Q.H.Hu,D.Yan,Z.Z.Yu,M.L.Zhai,J.Mater.Chem.,2012,22,5914-5916.)以乙二胺還原修飾的石墨烯(ED-rGO)作為吸附劑用于去除水中的Cr(VI)，處理能力為100mg/g。

但是上述方法往往存在著許多弊端：

首先，這些方法中使用的還原劑本身就對環境不太友好，而且在去除污染物的同時會產生很多廢渣以及廢氣，如亞硫酸鈉在處理過程中會產生二氧化硫氣體，會污染空氣，甚至產生酸雨；

其次，目前的氧化還原法去除高氧化性有毒重金屬離子對于pH的要求較高，需要在低pH值(2.5～3.0)下進行，因此還原前需要大量投酸。而沉淀重金屬又要大量投堿，故成本較高。

再次，通過吸附等方法處理后得到的水中殘留的高氧化性有毒離子的含量仍舊比較高，無法滿足目前飲用水(WHO：0.05ppm)及農用水(0.1ppm)標準，去除能力有限。

Ti₃C₂納米片是一種新型的二維層狀材料，其在能量存儲等許多領域具有較好的應用前景，如鋰離子電池、超級電容器以及燃料電池。如Tang?Q等(Are?MXenes?promising?anode?materials?for?Li?ion?batteries？Computational?studies?on?electronic?properties?and?Li?storage?capability?of?Ti₃C₂?and?Ti₃C₂X₂(X＝F,OH)monolayer,Tang?Q,Zhou?Z,Shen?P,J?Am?Chem?Soc.2012)通過計算機模擬，研究了Ti₃C₂?and?Ti₃C₂X₂納米片在鋰離子電池中的應用前景。目前，對于Ti₃C₂納米片的應用研究還處于起步階段。

發明內容

本發明提供了一種Ti₃C₂納米片在處理水中高氧化性有毒金屬離子的新應用，Ti₃C₂納米片對水中Cr(VI)和Mn(VII)的去除能力強，且無需在強酸條件下進行去除，操作簡單、效果顯著，拓展了Ti₃C₂納米片的應用領域。