一种MXene复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种MXene复合材料及其制备方法和应用，属于水处理技术领域。本发明专利技术提供了一种MXene复合材料，包括MXene纳米片和负载在所述MXene纳米片上的纳米零价铜。本发明专利技术在原有的MXene纳米片的化学吸附基础上增加了对铀的还原作用，具体的：MXene复合材料中的MXene纳米片具有较大的比表面积，能够吸附大量的铀酰离子，同时MXene复合材料负载的纳米零价铜能将含铀酰废水中的铀酰离子还原成不溶的四价铀，从而提高了含铀污水中铀酰离子的去除率。此外，本发明专利技术的MXene复合材料对铀酰离子的去除选择性高且在反应过程中不会产生铁泥等固体异物，不需要异物清除装置，分离后的铀可通过洗脱进行回收。铀可通过洗脱进行回收。铀可通过洗脱进行回收。

【技术实现步骤摘要】
一种MXene复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水处理
，具体涉及一种MXene复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]核能的发展极大地促进了社会的进步。铀(U)是核能生产的重要燃料，铀的安全、绿色供应是核能可持续发展的有力保障。铀是一种具有化学毒性和放射性毒性的金属元素。铀生产过程中会产生大量含铀酰废水，给环境带来很大的风险。目前，人们提出了多种方法去除铀废水中的铀(VI)，包括吸附法、蒸发法。
[0003]近年来，具有独特二维层状结构的MXene由于其丰富的吸附位点和良好的化学稳定性而在吸附放射性核素方面显示出巨大的潜力，但是MXene纳米片对于放射性核素的去除率仍较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种MXene复合材料及其制备方法和应用，本专利技术的MXene复合材料对于放射性核素的去除率高。
[0005]本专利技术提供了一种MXene复合材料，包括MXene纳米片和负载在所述MXene纳米片上的纳米零价铜。
[0006]优选的，所述MXene纳米片与纳米零价铜的质量比为1:5～20。
[0007]本专利技术还提供了上述方案所述MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将MXene纳米片分散于铜源的水溶液中，得到分散液；
[0009]将还原剂加入到所述分散液中，发生还原反应，得到所述MXene复合材料。
[0010]优选的，所述铜源包括CuSO4·
5H2O、CuCl2·
2H2O和Cu(NO3)2中的一种或多种。
[0011]优选的，所述MXene纳米片与铜源的质量比为2～8:1。
[0012]优选的，所述铜源的水溶液的浓度为0.001～0.02mol/L。
[0013]优选的，所述铜源与还原剂的质量比为1：1.2～2.4；所述还原剂包括硼氢化钠。
[0014]优选的，所述还原反应的温度为10～28℃，时间为3～6h。
[0015]本专利技术还提供了上述方案所述MXene复合材料或上述方案所述制备方法制备得到的MXene复合材料在净化含铀酰废水中的应用。
[0016]优选的，所述净化含铀酰废水的方法包括以下步骤：向含铀酰废水中投入MXene复合材料进行吸附；
[0017]所述含铀酰废水的pH值为3～8；所述含铀酰废水中铀酰的浓度为1～400ppm；
[0018]所述MXene复合材料的投加量为0.1～0.6g/L。
[0019]本专利技术提供了一种MXene复合材料，包括MXene纳米片和负载在所述MXene纳米片上的纳米零价铜。本专利技术在原有的MXene的化学吸附基础上增加了对铀的还原作用，具体的：MXene复合材料中的MXene纳米片具有较大的比表面积，能够吸附大量的铀酰离子，同时MXene复合材料负载的纳米零价铜能将含铀酰废水中的铀酰离子还原成不溶的四价铀，从
而提高了含铀污水中铀酰离子的去除率。
[0020]此外，本专利技术的MXene复合材料对铀酰离子的去除选择性高且在反应过程中不会产生铁泥等固体异物，不需要异物清除装置，分离后的铀可通过洗脱进行回收。
[0021]本专利技术在去除废水中铀的过程具有很好的稳定性，且对铀的吸附速率高。
[0022]本专利技术的MXene复合材料属于固体吸附剂，便于与水分离，从而可以实现回收循环利用。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备得到的MXene、MXene复合材料和应用例1中MXene复合材料吸附铀酰离子后的扫描电镜图和透射电镜图；
[0024]图2为实施例1的MXene纳米片、MXene复合材料和对比例1的MXene的XRD图；
[0025]图3为应用例1～4的MXene复合材料、对比应用例1的MXene处理含铀废水后的总谱；
[0026]图4为应用例1～4的MXene复合材料、对比应用例1的MXene处理含铀废水后Cu2p的X射线光电子能谱；
[0027]图5为应用例1～4和对比应用例1中除铀结果；
[0028]图6为实施例1的MXene复合材料在不同离子存在情况下对铀的去除曲线图；
[0029]图7为实施例1的MXene复合材料在不同浓度腐殖酸存在情况下催化剂对铀去除的曲线图。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种MXene复合材料，包括MXene纳米片和负载在所述MXene纳米片上的纳米零价铜。
[0031]在本专利技术中，所述MXene纳米片与纳米零价铜的质量比优选为5～10:1，更优选为6～8:1。在本专利技术中，所述MXene纳米片的尺寸优选为2～4μm，所述纳米零价铜颗粒的尺寸优选为45～55nm。
[0032]在本专利技术中，所述MXene纳米片优选包括Ti2CT
x
纳米片。
[0033]本专利技术在原有的MXene的化学吸附基础上增加了对铀的还原作用，具体的：MXene复合材料中的MXene纳米片具有较大的比表面积，能够吸附大量的铀酰离子，同时MXene复合材料负载的有纳米零价铜能将含铀酰废水中的铀酰离子还原成不溶的四价铀，从而提高了含铀污水中铀酰离子的去除率。并且本专利技术的MXene复合材料对铀酰离子的去除选择性高且在反应过程中不会产生铁泥等固体异物，不需要异物清除装置，分离后的铀可通过洗脱进行回收。
[0034]本专利技术还提供了上述方案所述MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0035]将MXene纳米片分散于铜源的水溶液中，得到分散液；
[0036]将还原剂加入到所述分散液中，发生还原反应，得到所述MXene复合材料。
[0037]本专利技术将MXene分散于铜源的水溶液中，得到分散液。在本专利技术中，所述MXene纳米片与铜源的质量比优选为2～8：1，更优选为4～6:1。在本专利技术中，所述MXene纳米片的制备方法优选包括以下步骤：将盐酸、氟化锂和水混合，将Ti3AlC2加入到所得混合溶液中进行蚀
刻，得到MXene纳米片。在本专利技术中，所述盐酸的体积与氟化锂的质量比优选为21.5～23mL：2g，所述盐酸与水的体积比优选为2.8～3.2:1，所述盐酸的质量浓度优选为36～38％。所述氟化锂与Ti3AlC2的质量比优选为1.8～2.2:1。在本专利技术中，所述Ti3AlC2加入的速度优选为2g/h，所述蚀刻优选在水浴条件下进行。所述蚀刻的温度优选为30～40℃，更优选为35～38℃；时间优选为24～48h，更优选为32～40h。
[0038]在本专利技术中，所述铜源的水溶液的浓度优选为0.001～0.02mol/L，更优选为0.0012～0.015mol/L。所述铜源优选包括CuSO4·
5H2O、CuCl2·
2H2O和Cu(NO3)2中的一种或多种，更优选为CuSO4·
5H2O。
[0039]在本专利技术中，所述分散优选在超声的条件下进行。所述超声的功率优选为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene复合材料，其特征在于，包括MXene纳米片和负载在所述MXene纳米片上的纳米零价铜。2.根据权利要求1所述的MXene复合材料，其特征在于，所述MXene纳米片与纳米零价铜的质量比为1:5～20。3.权利要求1或2所述MXene复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将MXene纳米片分散于铜源的水溶液中，得到分散液；将还原剂加入到所述分散液中，发生还原反应，得到所述MXene复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铜源包括CuSO4·
5H2O、CuCl2·
2H2O和Cu(NO3)2中的一种或多种。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述MXene纳米片与铜源的质量比为2～8:1。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆意，刘益林，张超，王荣忠，章清松，郭陆林，曾庆明，郭帅帅，宋露，
申请(专利权)人：南华大学，
类型：发明
国别省市：