[發明專利]有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法

在審

• 申請號: 201410816367.0
• 申請日: 2014-12-23
• 公開（公告）號: CN104587947A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 朱建鋒;湯祎;楊晨輝;王芬;肖丹;王子婧;王鑫
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/30;C02F1/28;C02F1/62;C02F101/22
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 韓暢

技術領域

本發明屬于納米材料制備及環境科學技術領域，尤其涉及有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法。

背景技術

三元層狀陶瓷材料Ti₃AlC₂和石墨結構上有著相似之處。緊密堆積的過渡金屬原子Ti的八面體層被一平面層Al原子分隔，且每三層就有一Al原子層，Ti八面體中心為碳原子，Ti與C原子之間形成八面體，C原子位于八面體的中心，Ti原子和C原子之間為強共價鍵結合，使得材料具有高彈性模量；而Ti原子和Al族平面之間為弱結合，與石墨層間范得華力的弱鍵結合相似，使得材料具有層狀結構和自潤滑性。

Ti₃AlC₂是一種特殊的金屬與陶瓷之間的復合物，同時兼具有金屬和陶瓷的優良性能。這類化合物既具有金屬性能，在常溫下，有很好的導熱性能和導電性能，有較低的維氏顯微硬度和較高的彈性模量和剪切模量，像金屬一樣可以進行機械加工，并在較高溫度下具有塑性；同時又具有陶瓷的性能，有較高的屈服強度，高熔點，高熱穩定性和良好的抗氧化性。

二維層狀納米碳化物是一種類石墨烯結構的材料，超薄二維納米片由于其獨特的形貌結構、較小的顆粒尺寸、較大的表面體積比和原子級的層片厚度而具有超強的催化性能、光伏性能和電化學性能，得到了廣泛的應用。例如，石墨烯因其較高的載流子遷移率、良好的機械柔韌度和光透明性以及優異的化學穩定性，使得這種二維納米結構材料已在包括處理有毒重金屬離子、新型復合材料、催化劑載體、儲能器件等領域中展現出了廣闊的應用前景。

因為廢水中重金屬離子的毒性和致癌性，所以處理有毒重金屬離子成為一個很廣泛和嚴重的環境問題。

2012年10月，朱等人通過對可膨脹石墨基復合材料的制備和改性，將其用于水中特定污染物的去除；

2014年1月，O.Mashtalir等人將二維層狀納米碳化物Ti₃C₂用于對廢水中的有機染料的去除；

2014年3月，Peng等人成功的利用二維層狀納米碳化物Ti₃C₂吸附了廢水中的有毒重金屬鉛離子。

六價鉻離子是一種有毒的重金屬離子，本實驗采用重鉻酸鉀溶液來模擬含六價鉻離子的廢水。重鉻酸鉀為用途極廣的鉻化合物，用于鉻酸混合液和重鉻酸滴定等實驗室應用，工業上的鉻酸鹽、重鉻酸鹽制造、有機合成等。是一種有毒且有致癌性的強氧化劑，反復或長期接觸低濃度鉻化合物的人可引發肺癌。因此，用于處理有毒重金屬鉻離子的吸附劑成為研究熱點。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法。利用二維層狀吸附劑MXene-Ti₃C₂比表面積大，表面大量存在羥基官能團等優點，在100mg/L的重鉻酸鉀溶液中10mgMXene-Ti₃C₂粉體可以在8h內達到吸附平衡，其吸附能力為81mg/g，吸附效果明顯,二維層狀MXene-Ti₃C₂粉體能有效地吸附有毒六價鉻離子，為治理重金屬鉻污染提供了一個有效納米吸附劑，擴展了其在污水處理，有毒氣體處理領域的應用。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

有效吸附六價鉻離子的二維納米吸附劑碳化鈦制備方法，包括下述步驟：

步驟一，細化粉體

利用高能球磨細化純度大于97％的三元層狀Ti₃AlC₂陶瓷粉體，球磨條件：球石，混料及球磨介質的質量比為10:1:1，球磨介質為無水乙醇，球磨轉速為400r/min，高能球磨時間為1h～4h，然后將所得固液混料在40℃～60℃下烘干，得到粒徑在8μm-75μm的Ti₃AlC₂陶瓷粉體；

步驟二，二維層狀納米材料MXene-Ti₃C₂的制備