[發明專利]一種單層MXene膠體及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110372450.3
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113083213B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 田強;張建橋;賀和頎;晏敏皓;孫佳一;王雪瑩
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;B01J20/28;B01J20/30;G21F9/12;G21F9/20
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 梁靜

本發明提供一種單層MXene膠體及其制備方法和應用，該方法包括以下步驟：S1、將無水LiCl溶解于無機酸中，得到溶液A；S2、向溶液A中加入MXene的前驅體，并于50～60℃下進行反應；S3、將S2的反應液加入到鹽酸溶液中再進行反應；反應完成后取下層沉淀物重復加水離心，直至上層澄清液的pH為5；S4、向S3的下層沉淀物中加入乙醇，進行超聲、分離；然后收集下層沉淀物，加水再進行超聲、分離，收集上層液體，得到單層MXene膠體。將上述單層MXene膠體應用于選擇性吸附鈾酰離子。該方法操作簡單，制備得到的單層MXene膠體穩定性好，且具有高效選擇性去除鈾酰的性能。

技術領域

本發明涉及MXene材料以及鈾酰廢水處理技術領域，具體涉及一種單層MXene膠體及其制備方法和應用。

背景技術

MXene是由美國德雷塞爾大學(Drexel University)的Gogotsi和Barsoum等人在2011年合作發現的一種新型二維結構材料。以MAX相材料(一種三元層狀陶瓷)為前驅物，使用化學刻蝕方法，將MAX相中結合較弱的原子層移除，即可制備得到層狀結構的MXene。自從該新材料問世以來，受到了電化學、功能納米材料等研究領域學者的廣泛關注。

MXene的化學通式可用M_n+1X_nT_z表示；其中M指過渡族金屬，如Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Sc等；X指C或/和N；n一般為1-3；T_z指表面基團，如O^2-、OH^-、F^-、NH₃、NH₄⁺等。其具有獨特的二維層狀結構，這種類型的石墨烯結構為離子的嵌入/脫出提供了擴散通道。然而，與其他二維材料一樣，MXene的層狀結構也帶來了一系列問題，如因層堆疊大大降低了其比表面積的利用率，同時還因堆疊、團聚等問題極大的制約了MXene性能的發揮，進而嚴重限制了它們在許多領域中的應用。

迄今為止，MXene材料的應用研究主要集中在能源材料領域，這主要與MXene材料的高比表面積、較高的電導率、良好的電解液潤濕性及較強的抗拉抗壓能力、較高的密度(3.7g/cm³)有關，使其作為超級電容器電極材料展現出優越的電化學性能。鑒于其獨特的表界面物理化學特性，MXene亦是一種性能優異的吸附材料。

燕山大學彭秋明等在HF刻蝕MAX相材料的基礎上，進一步用NaOH插層活化處理制得Ti₃C₂T_x(T＝OH/ONa，F)片層材料，并將其用于吸附水溶液中的重金屬離子Pb(II)，且在其他二價競爭性離子(Ca²⁺，Mg²⁺)存在的條件下會對Pb(II)進行優先吸附[J.Am.Chem.Soc.2014,136,4113]。一些研究人員將Ti₃C₂T_x片層材料用于研究染料分子的吸附和光催化降解行為，如Mashtalir等使用該材料對陽離子型染料分子甲基橙吸附[J.Mater.Chem.A 2014,2,14334]。相對于普通工業污染釋放的重金屬離子，核工業產生的放射性廢液對人類和自然環境的危害更加顯著。研究發現，MXene材料對溶液中放射性鈀的最大吸附容量達到為184mg/g，且材料具有良好的重復使用性[Chem.Eng.J.2019,358,283]。如何通過結構改性，提高MXene對溶液中有害核素的吸附性能，是當前的熱點研究課題[Chem.Eng.J.2020,397,1254282]。

發明內容

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種單層MXene膠體及其制備方法以及其在高效選擇性吸附去除廢水中鈾酰離子上的應用，該方法操作簡單，且得到單層MXene膠體穩定性好，且具有高效選擇性去除鈾酰的性能。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種單層MXene膠體的制備方法，包括以下步驟：