本發(fā)明涉及一種二維碳化鈦吸附材料制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

工業(yè)廢水中含有多種有毒有機物分子和致癌重金屬離子，其過度排放嚴(yán)重威脅人體和環(huán)境的健康。吸附技術(shù)由于其低廉的成本和簡易的操作流程，成為一種較為理想的去除污水中有害分子或離子的方法。吸附是將具有較大比表面積和較高表面能的材料置于廢水中，從而將各污染物吸附，達(dá)到脫色和從廢水中分離污染物的效果?，F(xiàn)階段，國外主要的吸附劑以活性炭居多，它對廢水中的各類可溶性染料和重金屬離子有很好的吸附去除效果，但是對于吸附完成后的清洗工作比較困難，對一些大分子染料的吸附力還比較弱，而且再生較為繁瑣。此外，有的學(xué)者還使用活性硅藻土和煤渣等來處理染料廢水，雖然處理的效果不錯，但是泥渣用量大且易引入二次污染也是一個致命的缺點。因此，尋求高效、環(huán)境友好型的新型吸附材料成為了迫切的課題。

二維材料如石墨烯因其優(yōu)異的比表面積、高去除率及高吸附量在吸附領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注，但是石墨烯是一種單原子結(jié)構(gòu)材料，相對而言原子間結(jié)合力較弱，表面缺乏官能團無法提供更多有效的吸附位置，同時，石墨烯的生產(chǎn)效率和再回收率較低，價格昂貴，嚴(yán)重限制其在吸附行業(yè)的應(yīng)用。

近年來，一類新型二維半導(dǎo)體材料MXenes受到材料研究者的廣泛關(guān)注(Naguib,M.,et al.,Advanced Materials,2014.26(7):992‐1005)。MXenes是利用MAX相(M‐早期過渡族金屬，A‐ⅢA或ⅣA組元素，X‐碳和/或氮)中A片層與MX片層之間的弱結(jié)合，用刻蝕劑(如HF、LiF+HCL、NH₄HF₂)將MAX相中的A原層子剝蝕而制備出的一種新型的二維納米碳和/或氮化物，具有較大的比表面積和較窄的帶隙寬度。研究發(fā)現(xiàn)MXenes不僅具有優(yōu)異的吸附活性，還具備一定的光催化性能(Mashtalir O,et al.Journal of Materials Chemistry A,2014:2(35):14334‐14338)，相比于單原子結(jié)構(gòu)的石墨烯，MXenes更為穩(wěn)定多元的價鍵結(jié)構(gòu)提供了它更為優(yōu)異的性能特點和應(yīng)用前景，在環(huán)境凈化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。

二維碳化鈦(Ti₃C₂)是一種典型的MXene材料。研究發(fā)現(xiàn)，堿化處理的Ti₃C₂，由于堿金屬離子的插層以及其表面官能團的排斥作用，會導(dǎo)致Ti₃C₂的層間距顯著的增加(Wang X,et al.Journal of the American Chemical Society,2015:137(7),2715‐2721)。這一結(jié)果導(dǎo)致Ti₃C₂可為有機染料分子和重金屬離子提供更多的吸附空間和吸附位點。因此堿化處理的Ti₃C₂在水體污染防治和水體純化方面具有潛在的應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于：針對上述觀點，提供一種二維碳化鈦吸附材料的制備方法，制得的二維碳化鈦吸附材料主要用于去除污水中的染料分子、重金屬離子等污染物。

技術(shù)方案：為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明的二維碳化鈦吸附材料的方法包括以下基本步驟：

將三元層狀化合物Ti₃AlC₂陶瓷粉末浸泡在氫氟酸溶液中反應(yīng)一段時間后，通過離心、清洗、干燥，從而制備出二維碳化鈦材料；然后將該材料浸泡在堿性溶液中并加熱攪拌，之后清洗、離心、干燥，從而制備出堿化的二維碳化鈦吸附材料。

所述Ti₃AlC₂陶瓷粉末的粒度為100～625目，氫氟酸溶液的濃度為10～50wt％；Ti₃AlC₂陶瓷粉末浸泡在氫氟酸溶液的時間為5～100小時且溶液溫度保持在15～40℃；所述氫氟酸溶液的毫升體積與Ti₃AlC₂陶瓷粉末克重量之比為10～50。

所述浸泡二維碳化鈦材料的堿性溶液為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銫、碳酸氫鈉或氨水堿性溶液，其濃度范圍為0.1～10mol/L。

所述將二維碳化鈦加入堿性溶液中加熱，加熱后溶液溫度維持在RT～100℃，整個過程持續(xù)時間為0.5～10小時；堿溶液毫升體積與二維碳化鈦粉末克重量之比為20～400。

所述將Ti₃AlC₂陶瓷粉末加入到氫氟酸溶液或?qū)⒍S碳化鈦加入到堿性溶液中，均采用電磁或機械攪拌，攪拌速度為50～200轉(zhuǎn)/分。

所有離心過程要求離心機轉(zhuǎn)速為1000～10000轉(zhuǎn)/分，離心時間為1～10分鐘；采用蒸餾水清洗直到離心上清液pH在5～6之間；所述干燥是指在30～100℃，保溫10～48小時。

該方法制備的二維碳化鈦吸附材料不僅具有較大的比表面積，而且堿化處理導(dǎo)致二維碳化鈦表面官能團由不利于基團吸附的‐F轉(zhuǎn)化為利于基團吸附的‐OH。另外加熱過程導(dǎo)致二維碳化鈦表面生長有低價態(tài)的鈦氧化物，增加了二維碳化鈦的光催化能力。總的結(jié)果提高了二維碳化鈦去除污染物的能力。

有益效果：該方法制備出碳化鈦吸附材料不僅具有良好的吸附性能和光催化，而且由于比表面積大，增加了復(fù)合材料與污染物的接觸面積。此外該方法還具有簡單易行，成本低廉，制備條件可控等優(yōu)點。制得的二維碳化鈦吸附材料主要用于去除污水中的染料分子、重金屬離子等污染物。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

圖1為本發(fā)明實施例一中采用不同堿處理后所制備的二維碳化鈦吸附材料XRD圖及原始二維碳化鈦的XRD圖；

圖2為本發(fā)明實施例一中采用氫氧化鈉所制備的二維碳化鈦吸附材料SEM圖。

具體實施方式

本發(fā)明將三元層狀化合物Ti₃AlC₂陶瓷粉末浸泡在氫氟酸溶液中反應(yīng)一段時間后，通過離心、清洗、干燥，從而制備出二維碳化鈦材料。然后將該材料浸泡在堿性溶液中并加熱攪拌，之后清洗、離心、干燥，從而制備出堿化的二維碳化鈦吸附材料。

實施例一

刻蝕時間為20小時，氫氟酸濃度為40wt％，攪拌轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分，溶液溫度為20℃，采用1mol/L氫氧化鈉溶液處理而獲得的二維碳化鈦吸附材料：

1.刻蝕——將10克625目的Ti₃AlC₂粉末浸沒在240毫升、40wt％氫氟酸溶液中。在刻蝕過程中一直電磁攪拌，攪拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分，整個攪拌過程保持20℃不變；

2.清水清洗、離心——刻蝕20小時后，取樣采用蒸餾水清洗，直至離心上清液pH在5～6之間。離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，獲得一種黏土型產(chǎn)物；

3.干燥——將第2步獲得的產(chǎn)物在烘箱或干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變；

4.堿溶液處理——將第3步獲得的1克二維碳化鈦加入100毫升1mol/L的氫氧化鈉溶液中處理1小時，加熱溫度為80℃，電磁攪拌速度為120轉(zhuǎn)/分；

5.后處理——將第4步獲得的產(chǎn)物進行蒸餾水清洗直至離心上清液pH在5～6之間，離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，獲得一種黑色產(chǎn)物。將該黑色產(chǎn)物在烘箱或干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。實施例二

刻蝕時間為50小時，氫氟酸濃度為50wt％，攪拌轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，溶液溫度為20℃，采用1mol/L氫氧化鉀溶液處理而獲得的二維碳化鈦吸附材料：

1.刻蝕——將3克625目的Ti₃AlC₂粉末浸沒在60毫升、50wt％氫氟酸溶液中。在刻蝕過程中一直電磁攪拌，攪拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，整個攪拌過程保持20℃不變；

2.清水清洗、離心——刻蝕50小時后，取樣采用蒸餾水清洗，直至離心上清液pH在5～6之間。離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，最后獲得一種黏土型產(chǎn)物；

3.干燥——將第2步獲得的產(chǎn)物在烘箱或干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變；

4.堿溶液處理——將第3步獲得的1克二維碳化鈦加入100毫升1mol/L的氫氧化鉀溶液中處理2小時，加熱溫度為80℃，電磁攪拌速度為120轉(zhuǎn)/分；

5.后處理——將第4步獲得的產(chǎn)物進行蒸餾水清洗直至離心上清液pH在5～6之間，離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，獲得一種黑色產(chǎn)物。將該黑色產(chǎn)物在烘箱或干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。實施例三

刻蝕時間為24小時，氫氟酸濃度為40wt％，攪拌轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，溶液溫度為30℃，采用2mol/L氫氧化鋰溶液處理而獲得的二維碳化鈦吸附材料：

1.刻蝕——將3克300目的Ti₃AlC₂粉末浸沒在60毫升、40wt％氫氟酸溶液中。在刻蝕過程中一直電磁攪拌，攪拌轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，整個攪拌過程保持30℃不變；

2.清水清洗、離心——刻蝕24小時后，取樣采用蒸餾水清洗，直至離心上清液pH在5～6之間。離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，最后獲得一種黏土型產(chǎn)物；

3.干燥——將第2步獲得的產(chǎn)物在烘箱者干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變；

4.堿溶液處理——將第3步獲得的1克二維碳化鈦放入100毫升2mol/L的氫氧化鋰溶液中處理1小時，加熱溫度為80℃，電磁攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分；

5.后處理——將第4步獲得的產(chǎn)物進行蒸餾水清洗直至離心上清液pH在5～6之間，離心機轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分，離心時間為5分鐘，獲得一種黑色產(chǎn)物。將該黑色產(chǎn)物在烘箱或干燥箱中干燥24小時，保持溫度50℃不變，即可得到目標(biāo)產(chǎn)物。

除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均屬于本發(fā)明要求的保護范圍。