一种吸收氟离子的方法及其应用

本发明涉及废水处理技术与mxene材料制备，具体涉及一种吸收氟离子的方法及其应用。

背景技术：

1、mxene是一种新型的二维过渡金属碳化物、碳氮化物和氮化物，通式为mn+1xn，其中m为早期过渡金属(如sc、ti、cr、v、zr、nb、mo等)，x为c或n，n＝1、2或3。mxene由于其优异的物理化学性质、丰富的元素组成、独特的层状结构和优异的性能，在储能、气敏、吸附等领域引起了广泛的关注。mxene的制备主要是通过选择性刻蚀和剥离层状三元金属碳化物，在特定的刻蚀条件下，m-a键被破坏，因此各种官能团取代了表面。

2、在当前的制备方法中，max相被用作氢氟酸(hf)湿法蚀刻或形成hf或含hf溶液的前驱体，li等人将max前体浸入49％氢氟酸(hf)中，以研究温度和时间对剥落mxene形成的影响；cui等人将ti3alc2粉末浸入由盐酸(hcl)和氟化锂(lif)组成的混合溶液中，以揭示不同反应时间对电磁吸收性能的影响；双氟化氢(nahf2、khf2、nh4hf2)也被用作单级蚀刻的蚀刻剂，以获得具有较大晶面间距的二维mxene；因此，消耗氟化物的蚀刻剂是加工所必需的。然而，氟化氢废物毒性大、腐蚀性强，危害人体健康；同时氟化物蚀刻生成的含氟废水易造成环境污染，大量含氟蚀刻剂的使用限制了二维mxene进一步的大规模应用，因此，开发一种mxene新的环保制备方法和开发新的含氟废水处理方法是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题的至少一种，本发明提供一种吸收氟离子的方法及其应用。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种吸收氟离子的方法，将max相前驱体浸泡在含氟离子的水溶液中，通过吸附或者电吸附的方法，在ph为1-5的酸性条件下反应1-10d，更优选的ph为1-2，更优选的反应时间为5-7d。

4、所述吸附是指，将max相前驱体材料直接浸入酸性条件反应；所述电吸附是指，先将max相前驱体材料涂布在电极板上，然后施加低电压，并同时浸泡到酸性条件反应。

5、本发明可以通过调整不同的ph值条件进而调控对水中氟化物的吸收量，其中，ph＝1时，水中的氟化物的去除率为90％以上，ph＝2时，水中的氟化物的去除率为70％以上，ph＝3时，水中的氟化物的去除率为60％以上，ph＝4时，水中的氟化物的去除率为10％以上，ph＝5时，水中的氟化物的去除率为5％以上；本发明也可以通过调整不同的反应时间进而调控对水中氟化物的吸收量，随着反应时间的延长，除氟效果越好。

6、在一些优选的实施方式中，所述max相前驱体为ti3alc2、ti3sic2、mo2ga2c、tinbalc、v2alc、nb2alc、mnalb、moalb、fe2alb2，更优选为ti3alc2。

7、在一些优选的实施方式中，所述含氟离子的水溶液中氟离子的浓度在10-500ppm，例如10ppm、50ppm、100ppm、300ppm以及500ppm，更优选为100ppm。

8、在一些优选的实施方式中，所述max相前驱体与所述含氟离子的水溶液的料液比为0.5-1.5mg/1-2ml，更优选的料液比为1mg/1ml。

9、在一些优选的实施方式中，所述反应的温度在20-60℃，更优选为25-40℃。

10、在一些优选的实施方式中，电吸附过程的电压设置0.4-1.2v，更优选为0.8v。

11、本发明的第二方面在于提供一种所述吸收氟离子的方法的应用，具体用于含氟废水的处理。

12、本发明所述吸收氟离子的方法在去除水中氟离子的同时获得剥离状的mxene材料，基于此，本发明的第三方面在于提供一种剥离状mxene材料的制备方法，所述剥离状mxene材料由前述的吸收氟离子的方法制备得到，具体包括以下步骤：

13、将max相前驱体浸泡在含氟离子的水溶液中，通过吸附或者电吸附的方法，在ph为1-2的酸性条件下反应1-10d，分离沉淀，洗涤、干燥制得。

14、本发明可以通过调整不同的ph值条件进而调控mxene材料的剥离程度，其中，ph＝1时，形成了较为明显的剥离状mxene材料，ph＝2时，局部产生了剥离状的mxene材料，ph＞3时，未形成剥离状mxene材料；本发明也可以通过调整不同的反应时间进而调控mxene材料的剥离程度，其中，随着反应时间的延长，得到的mxene的剥离形状更加明显。

15、在一些优选的实施方式中，所述max相为ti3alc2、ti3sic2、mo2ga2c、tinbalc、v2alc、nb2alc、mnalb、moalb、fe2alb2，更优选为ti3alc2。

16、在一些优选的实施方式中，所述含氟离子的水溶液中氟离子的浓度在10-500ppm，例如10ppm、50ppm、100ppm、300ppm以及500ppm，更优选为100ppm。

17、在一些优选的实施方式中，所述max相前驱体与所述含氟离子的水溶液的料液比为0.5-1.5mg/1-2ml，更优选的料液比为1mg/1ml。

18、本发明的有益效果为：

19、1、针对现有技术中mxene合成方法使用大量氟化氢刻蚀容易对环境造成污染、不利于人体健康的问题，本发明提出了一种新的工艺简单，制备方式绿色的合成剥离状mxene材料的方法，可以有效的解决mxene材料合成过程中对于氟化氢的使用，减少了对环境的污染，同时达到对氟化氢废水的有效资源化利用的目的。

20、2、本发明以含氟水溶液或含氟废水为溶剂，将max相作为前驱体浸入，通过控制反应条件和反应前驱体的种类等因素调控生成mxene的形貌，所述mxene可应用于电催化、电化学储能等领域，这为mxene的合成方法提供了一种新的思路。

21、3、本发明所述合成方法同时是一种含氟废水的有效资源化利用的方法，在生成mxene材料的同时，还能够有效的去除水中的氟离子，在最佳的条件下，通过吸附和电吸附两种方式对水中的氟化物的去除率都能达到了90％以上，相比于目前大多数的吸附剂、絮凝剂，对于水中的氟化物具有更高的去除率，且无需二次处理，可以为工业过程上产生的高浓度的强酸性含氟废水的处理提供新的研究思路。

技术特征：

1.一种吸收氟离子的方法，其特征在于，将max相前驱体浸泡在含氟离子的水溶液中，通过吸附或者电吸附的方法，在ph为1-5的酸性条件下反应1-10d。

2.根据权利要求1所述的一种吸收氟离子的方法，其特征在于，所述max相前驱体为ti3alc2、ti3sic2、mo2ga2c、tinbalc、v2alc、nb2alc、mnalb、moalb、fe2alb2。

3.根据权利要求1所述的一种吸收氟离子的方法，其特征在于，所述含氟离子的水溶液中氟离子的浓度在10-500ppm。

4.根据权利要求1所述的一种吸收氟离子的方法，其特征在于，所述max相前驱体与所述含氟离子的水溶液的料液比为0.5-1.5mg/1-2ml。

5.根据权利要求1所述的一种吸收氟离子的方法，其特征在于，所述max相前驱体在电吸附中的电压范围在0.4-1.2v。

6.根据权利要求1-5之一所述的方法在含氟废水处理中的应用。

7.一种剥离状mxene材料的制备方法，其特征在于，将max相前驱体浸泡在含氟离子的水溶液中，通过吸附或者电吸附的方法，在ph为1-2的酸性条件下反应1-10d，分离沉淀，洗涤、干燥制得。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述max相前驱体为ti3alc2、ti3sic2、mo2ga2c、tinbalc、v2alc、nb2alc、mnalb、moalb、fe2alb2。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含氟离子的水溶液中氟离子的浓度在10-500ppm。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述max相前驱体与所述含氟离子的水溶液的料液比为0.5-1.5mg/1-2ml。

技术总结
本发明属于废水处理技术与MXene材料制备技术领域，公开了一种吸收氟离子的方法及其应用，所述吸收氟离子的方法是将MAX相前驱体浸泡在含氟离子的水溶液中，通过吸附或者电吸附的方法，在pH为1‑5的酸性条件下反应1‑10d；本发明提出了一种新的工艺简单、制备方式绿色的合成剥离状MXene材料的制备方法，可以有效的解决MXene材料合成过程中对于氟化氢的使用，减少了对环境的污染，同时达到对酸性含氟废水的有效资源化利用的目的。

技术研发人员：黄磊,谢绍建,张鸿郭,阎佳,王美聪,刘永慧,郭玉芳
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15