一种FeOCl/Ti3C2Tx除氯电极材料及其制备方法和应用

本发明属于环境材料，具体涉及一种feocl/ti3c2tx除氯电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电容去离子(cdi)技术作为一种前景广阔的电化学水处理技术，具有节能、易操作、连续运行、循环寿命长等优点。cdi技术的基本原理是通过施加外电场，使离子向带有相反电荷的电极处移动，同时对电极进行充放电的控制，改变电极处的离子浓度实现离子去除。目前对于cdi电极材料的研究热点大部分聚焦于阴极材料的设计，而对于除氯的阳极材料相关研究较少。

2、传统cdi的除氯电极材料是活性炭、碳气凝胶、碳纳米管等碳材料，但是碳材料采用双电层机制来储存离子，容量低，还存在严重的同离子排斥效应和副反应，导致电荷效率较低。随着近年来储能电池领域的快速发展，法拉第电极材料进入研究人员的视野，其具有更高的吸附容量。目前，法拉第除氯电极材料主要包括ag/agcl和bi/biocl。ag/agcl电极价格昂贵，且转化产物agcl的导电性较差，导致除氯速率缓慢，而bi/biocl电极在充电和放电过程中会经历较大的体积变化，使得其电极的循环稳定性较差。

3、综上，亟需开发一种除氯容量高、除氯速率快以及具有优异循环性能的新型cdi除氯电极。

技术实现思路

1、针对现有技术中的不足，本发明的首要目的是提供一种feocl/ti3c2tx除氯电极材料，首次利用feocl的高cl-理论存储容量，结合二维层状ti3c2tx优异的导电性和成膜性，通过静电自组装得到具有优异自支撑能力的feocl/ti3c2tx除氯电极材料，。

2、本发明的第二个目的是提供上述feocl/ti3c2tx除氯电极材料的制备方法，以fecl3·6h2o为原料热解制备feocl粉末，经丙酮洗涤后悬浮在乙腈溶液中超声；采用hcl和lif刻蚀前驱体max相(ti3alc2)，刻蚀产物超声剥离后得到单片层或少片层的ti3c2tx水悬浮液，feocl乙腈悬浮液和ti3c2tx水悬浮液混合进行真空抽滤，自然干燥即得。

3、本发明的第三个目的是提供上述feocl/ti3c2tx除氯电极材料的应用，可以直接作为除氯电极用于海水淡化及工业废水处理领域，表现出高除氯容量、快速除氯速率和低能量消耗的优势。

4、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、本发明提供一种feocl/ti3c2tx除氯电极材料，其为具有微孔和介孔结构的柔性自支撑薄膜材料，通过ti3c2tx二维片层材料与feocl粉末发生静电自组装得到，其中所述ti3c2tx二维片层材料表面呈波纹状，截面层层堆叠。

6、作为优选，所述feocl/ti3c2tx除氯电极材料的比表面积为52.618m2/g。

7、本发明还提供所述feocl/ti3c2tx除氯电极材料的制备方法，包括如下步骤：

8、(1)取fecl3·6h2o置于平底带盖刚玉坩埚中，放入马弗炉中加热，得到feocl；

9、(2)将feocl用丙酮离心洗涤，真空干燥；

10、(3)取lif与hcl在聚四氟乙烯反应器中混合搅拌，得到溶液a；

11、(4)向溶液a中加入max-ti3alc2，水浴加热搅拌，得到混合溶液b；

12、(5)混合溶液b用hcl离心洗涤，收集沉淀物a；

13、(6)沉淀物a用去离子水离心洗涤后，反复进行水插层膨胀处理，收集沉淀物b；

14、(7)向沉淀物b中加入乙醇，超声，离心，收集沉淀物c；

15、(8)向沉淀物c中加入去离子水，摇匀，超声，离心，收集上液；

16、(9)反复进行第(8)步以收集上液；

17、(10)测定收集的上液浓度，稀释，得到悬浮液a；

18、(11)取步骤(2)真空干燥后的feocl，加入乙腈，超声，得到悬浮液b；

19、(12)悬浮液a和悬浮液b混合搅拌后，真空抽滤，烘干，得到feocl/ti3c2tx除氯电极材料。

20、优选地，步骤(1)中，fecl3·6h2o的质量为1g，均匀平铺于长为120mm、宽为60mm、高为18mm的平底带盖刚玉坩埚底部，马弗炉升温速率为5℃/min，升至220℃，保持3h。

21、优选地，步骤(2)中，洗涤至洗涤液呈无色。

22、优选地，步骤(3)中，lif的质量为2g，hcl浓度为9mol/l，体积为40ml，聚四氟乙烯反应器容积为100ml，搅拌时间为30min，转速为400rpm。

23、优选地，步骤(4)中，max-ti3alc2的加入量为2g，水浴加热温度为35℃，搅拌时间为24h。

24、优选地，步骤(5)中，hcl浓度为1mol/l，洗涤次数为4次。

25、优选地，步骤(6)中，离心转速为3500rpm，每次持续时间为10min，洗涤次数不少于10次，洗涤液ph值不低于6。

26、优选地，步骤(6)中，水插层膨胀处理操作为：向沉淀物中加入去离子水，用涡旋振荡器混匀，离心，不倾倒上清液，再次混匀，离心，重复次数不低于20次，直至沉淀物出现明显膨胀现象。

27、优选地，步骤(7)中，乙醇加入量为40ml，超声时间为1h，超声条件为氩气氛围，冰浴，离心转速为10000rpm，持续时间为10min。

28、优选地，步骤(8)中，去离子水加入量为20ml，超声时间为20min，超声条件为氩气氛围，冰浴，离心转速为3500rpm，持续时间为5min。

29、优选地，步骤(10)中，上液浓度的测定方法为：取5ml上液，抽滤，自然烘干，称量膜的质量，计算得到。

30、优选地，步骤(10)中，根据测定的浓度稀释至悬浮液a的浓度为0.5mg/ml。

31、优选地，步骤(11)中，称取feocl的质量为10mg，乙腈体积为20ml，超声时间为30min。

32、优选地，步骤(12)中，量取悬浮液a的体积为40ml，悬浮液a和悬浮液b混合搅拌时间为5min，采用孔径为0.22μm的聚偏氟乙烯抽滤膜，烘干条件为自然烘干。

33、本发明还提供所述feocl/ti3c2tx除氯电极材料作为阳极材料在电容去离子除氯工艺中的应用。

34、由于采用上述方案，本发明的有益效果是：

35、一、feocl拥有强大的除氯潜力，但是已有研究仅将其与有机溶剂体系结合应用于氯离子电池中，本发明首次将feocl作为除氯电极材料应用于水处理领域。

36、二、在混合抽膜的过程中，feocl充当层间的柱撑作用，有效缓解二维纳米片ti3c2tx由于范德华力而极易产生的自堆叠现象，进一步提高cl-的层间储存容量。

37、三、mxene-ti3c2tx拥有较好的导电性，为feocl/ti3c2tx构建良好的导电网络，有利于除氯过程中氯离子的快速传输，即提高除氯速率。

38、四、本发明的feocl/ti3c2tx除氯电极材料经简单抽滤过程即可自成膜，拥有优异的机械性能，可以直接作为cdi的除氯电极使用，而无需常规粘结剂和导电剂的添加，即避免调浆、涂膜等繁琐操作，制备方法操作简单，成本低廉，具有较大的实际工业生产价值。