[发明专利]一种二维层状吸附材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种二维层状吸附材料及其制备方法和用途。所述二维层状吸附剂以钛碳化铝(Tisubgt;3/subgt;AlCsubgt;2/subgt;)块体材料为原材料，以三氟乙酸为刻蚀剂，采用水热法制备。制备的Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;吸附剂微观结构为二维片层状结构，并且表面含有丰富的不饱和键作为吸附位点。本发明方法解决了传统的氢氟酸等强酸刻蚀所带来的环境污染问题。由本发明方法制备的Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;二维层状吸附剂表现出优异的染料吸附性能。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，具体涉及一种二维层状吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

在现代工业中，各种染料常被用于各种工业领域，例如纺织、造纸、打印和皮革鞣制加工。这些染料使用后会被作为工业废液排出，从而引起严重的环境问题。此外，废水中的染料具有稳定的分子结构和化学性质，在常规条件下很难被降解，因此，解决废水中的染料污染是一个亟待解决的问题。然而，传统的清洁技术，例如生物降解、固化、化学和电化学氧化都需要较高的成本和能量消耗，甚至在去除染料的过程中会引起二次污染。而吸附技术由于它独特的高效、普适、环境友好以及易于操作等优点，被认为是用来处理染料废水的极具潜力且成本效益较好的方法。吸附剂的吸附性能和它们的形貌、表面电荷和官能团有关，开发适当结构的新型吸附剂用于染料吸附是非常有必要的。最近，二维Ti₃C₂材料由于其独特的电化学性能被广泛应用于锂离子电池，超级电容器和全电池中。利用强腐蚀性的氢氟酸刻蚀掉钛碳化铝(Ti₃AlC₂)原材料中间的铝层，得到的Ti₃C₂二维材料表面有大量未饱和的悬挂键和功能团，这些悬挂键和官能团可作为染料分子的吸附位点。因此，层状Ti₃C₂材料是一种非常理想的染料吸附材料。然而，强腐蚀性的氢氟酸的使用对生态系统危害较大，因此，应该开发新的环境友好的制备方法来构建二维层状Ti₃C₂结构。

发明内容

本发明的目的是针对目前Ti₃C₂染料吸附领域存在的强酸刻蚀制备存在环境危害的问题，提出一种新型的制备策略，通过三氟乙酸中释放的氟离子和铝原子层反应，从而形成二维的Ti₃C₂层状结构。

一种二维层状吸附材料，它的结构为二维层状结构，其颗粒平均粒度可以为10-500nm，优选为10-50nm，进一步优选地，所述平均粒度为10-15nm。

进一步地，所述的二维层状吸附材料，在制备的过程中，刻蚀铝层可使其表面生成大量不饱和悬挂键和官能团。

进一步地，以三氟乙酸取代氢氟酸，不再使用强酸性刻蚀剂。

进一步地，本发明所述二维层状吸附材料具有较高的吸附性能，作为实例Ti₃C₂-72h的吸附刚果红染料性能可达351mg g^-1，为同等条件下钛碳化铝的9.2倍。

进一步地，本发明所述二维层状吸附材料具有较快的吸附速率，作为实例Ti₃C₂-72h的吸附刚果红染料的速率常数可达0.54×10^-3g min^-1mg^-1。

本发明还提供一种二维层状吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将三氟乙酸，钛碳化铝依次加入去离子水中，持续搅拌，形成均匀的黑色混合溶液；

(2)将上述搅拌均匀的黑色混合溶液加入聚四氟乙烯高压反应釜中，加热进行水热反应；