本發(fā)明涉及降解抗生素，尤其涉及一種多金屬氧酸鹽插層mxene材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，抗生素在醫(yī)藥、家禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。許多抗生素已在地下水、地表水、沉積物甚至飲用水中被檢測到，對供水和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。鑒于抗生素潛在的毒性和低生物降解性，被認(rèn)為是重要的新興污染物。抗生素因其具有較強(qiáng)的親水性、高穩(wěn)定性和抗菌性，常規(guī)處理工藝很難將其有效消除。因此，開發(fā)高效、環(huán)保的降解技術(shù)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

2、近年來，膜過濾、物理吸附和生物降解等常規(guī)處理技術(shù)在水處理中得到了廣泛的研究，但這些技術(shù)普遍存在能耗高、礦化能力差、成本高、凈化效率低等缺點(diǎn)。高級氧化技術(shù)(aops)因其高效、易操作而被廣泛用于去除廢水中的有機(jī)污染物。過氧單硫酸鹽(pms)技術(shù)作為aops的一種，其具有運(yùn)輸儲存方便和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，可通過加熱、紫外線(uv)、超聲波、過渡金屬基催化劑、電化學(xué)等多種方式活化。過渡金屬因具有較高的催化活性而被廣泛應(yīng)用，其中co2+被認(rèn)為是活化pms最有效的離子。

3、目前，二維過渡金屬碳化物/氮化物(mxene)因品種多樣、層狀結(jié)構(gòu)獨(dú)特、優(yōu)異的導(dǎo)電性、親水性、導(dǎo)熱性、原位引發(fā)性、存儲能力強(qiáng)和大的比表面積等優(yōu)勢，導(dǎo)致其研究得到了指數(shù)級的增長。此外，mxene表面的官能團(tuán)(-f、-o、-oh)使其具有良好的親水性和化學(xué)活性，能夠與其它功能材料復(fù)合。然而其在合成過程中容易氧化，過多的表面官能團(tuán)難以形成緊密的界面接觸，限制了在半導(dǎo)體耦合中構(gòu)建高效催化劑的應(yīng)用。由于缺乏表面保護(hù)，mxene易在空氣中氧化引起催化性能下降和失活。因此，基于mxene基催化劑的長期穩(wěn)定性仍然需要改進(jìn)。多巴胺(da)由于含有大量胺類和兒茶酚類官能團(tuán)，并具有粘附在多種材料表面的能力，在弱堿性條件下，可以自聚合形成聚多巴胺(pda)。pda涂層可以在各種基底上形成，更重要的是pda具有較強(qiáng)的還原性，可以防止封裝材料被氧化，同時pda還可以作為氧化還原反應(yīng)的介質(zhì)，在不會削弱mxene性能的前提下對金屬離子表現(xiàn)出高親和力。

4、多金屬氧酸鹽(poms)是一類由多個金屬氧化物八面體通過氧原子連接而成的有序結(jié)構(gòu)的納米團(tuán)簇，具有熱力學(xué)穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、多電子氧化還原能力、尺寸可控和結(jié)構(gòu)精密等優(yōu)點(diǎn)，在儲能、催化、傳感器等各個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。但poms易溶于水和其它有機(jī)溶劑，在合成有關(guān)poms復(fù)合材料時，多金屬氧酸鹽難以負(fù)載；同時poms難以與材料形成致密結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致溶出量大。mxene和poms具有互補(bǔ)的特性和維度，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，例如，2d?mxene可以提供電子傳導(dǎo)矩陣，而poms可以提供柱狀效應(yīng)，二者可形成支撐結(jié)構(gòu)并促進(jìn)離子傳輸，進(jìn)而高效活化pms。因此，得到一種高效催化抗生素的多金屬氧酸鹽插層mxene材料及其制備方法，具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種多金屬氧酸鹽插層mxene材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供了一種多金屬氧酸鹽插層mxene材料的制備方法，包含如下步驟：

4、1)將鎢酸鈉、硅酸鈉和水混合，混合液和鹽酸進(jìn)行反應(yīng)后過濾，得到濾液；

5、2)將濾液和碳酸鈉溶液進(jìn)行反應(yīng)，得到沉淀物，沉淀物進(jìn)行干燥，得到siw9；

6、3)將乙酸鈷溶液和siw9溶液進(jìn)行反應(yīng)后過濾，濾液和氯化鉀混合后干燥，得到siw9co3；

7、4)將氟化鋰和鹽酸進(jìn)行第一反應(yīng)，第一反應(yīng)產(chǎn)物和鈦碳化鋁進(jìn)行第二反應(yīng)，得到mxene分散液；

8、5)將mxene分散液、多巴胺鹽酸鹽和siw9co3混合，調(diào)節(jié)混合液的ph值后進(jìn)行反應(yīng)，得到多金屬氧酸鹽插層mxene材料。

9、作為優(yōu)選，步驟1)所述混合液中，鎢酸鈉的濃度為2.5～3mol/l，硅酸鈉的濃度為0.4～0.5mol/l；混合液和鹽酸的體積比為19～21：12～14，鹽酸的濃度為5.5～6.5mol/l；

10、所述反應(yīng)的溫度為70～95℃，反應(yīng)的時間為0.5～3h。

11、作為優(yōu)選，步驟2)所述濾液和碳酸鈉溶液的體積比為1.5～2.5：1，碳酸鈉溶液的濃度為2.9～3.4mol/l；

12、所述反應(yīng)的溫度為20～40℃，反應(yīng)的時間為5～30min；所述干燥的溫度為50～80℃，干燥的時間為8～12h。

13、作為優(yōu)選，步驟3)所述乙酸鈷溶液的濃度為78～82mol/l，siw9溶液的濃度為38～43mmol/l，乙酸鈷溶液和siw9溶液的體積比為2.5～3.5：1.5～2.5；

14、步驟3)所述反應(yīng)的溫度為60～90℃，反應(yīng)的時間為0.5～3h；

15、濾液和氯化鉀混合得到的混合液中，氯化鉀的濃度為134.14～

16、402.42mmol/l，混合的時間為10～30min。

17、作為優(yōu)選，步驟4)所述氟化鋰和鹽酸的質(zhì)量體積比為0.8～3.6g：10～40ml，鹽酸的濃度為6～12mol/l；氟化鋰和鈦碳化鋁的質(zhì)量比為0.8～3.6：0.5～2。

18、作為優(yōu)選，所述mxene分散液的濃度為0.5～2mg/l；第一反應(yīng)和第二反應(yīng)的溫度獨(dú)立的為30～45℃，第一反應(yīng)的時間為5～20min，第二反應(yīng)的時間為24～60h。

19、作為優(yōu)選，步驟5)所述mxene分散液、多巴胺鹽酸鹽和siw9co3的體積質(zhì)量比為50～200ml：50～200mg：5～240mg；混合液的ph值調(diào)節(jié)至8～9；所述反應(yīng)的溫度為15～30℃，反應(yīng)的時間為8～30h。

20、本發(fā)明還提供了所述的制備方法制備得到的多金屬氧酸鹽插層mxene材料。

21、本發(fā)明還提供了所述的多金屬氧酸鹽插層mxene材料在降解抗生素中的應(yīng)用，將多金屬氧酸鹽插層mxene材料和抗生素溶液混合，混合液和過氧單硫酸鹽進(jìn)行降解反應(yīng)即可。

22、作為優(yōu)選，所述多金屬氧酸鹽插層mxene材料、抗生素溶液和過氧單硫酸鹽的質(zhì)量體積比為10～50mg：100ml：10～100mg；

23、所述抗生素溶液的濃度為10～40mg/l，抗生素為磺胺甲惡唑、諾氟沙星、鹽酸四環(huán)素或阿莫西林；

24、所述混合的溫度為15～40℃，混合的時間為10～40min；降解反應(yīng)的溫度為15～40℃，降解反應(yīng)的時間為5～35min。

25、本發(fā)明的有益效果包括以下幾點(diǎn)：

26、1)本發(fā)明針對多金屬氧酸鹽與mxene復(fù)合材料制備過程中的mxene易氧化和多金屬氧酸鹽易溶出的關(guān)鍵問題，運(yùn)用多巴胺在弱堿下自聚合的方法，在mxene上形成聚多巴胺，既保護(hù)了mxene，又減少了多金屬氧酸鹽的溶出。首先分別通過水熱法和原位氫氟酸法制備siw9co3和mxene，之后采用一步法把siw9co3插入mxene層間，提高了mxene的層間距，減少了多金屬氧酸鹽的溶出，簡單又溫和的方法制備出具有高活性和穩(wěn)定性、抗氧化性強(qiáng)的少層mxene基多金屬氧酸鹽復(fù)合材料mxene-siw9co3@pda。

27、2)本發(fā)明制備mxene-siw9co3@pda復(fù)合材料的方法簡單、條件溫和；多金屬氧酸鹽能夠進(jìn)入到mxene的層間，擴(kuò)大mxene層間距的同時又能減少多金屬氧酸鹽的溶出，而聚多巴胺的引入防止了復(fù)合材料氧化，提高復(fù)合材料的穩(wěn)定性；同時復(fù)合材料能實(shí)現(xiàn)對水體中多種抗生素的高效去除，具有適用范圍廣、操作簡單、去除率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。