随着淡水资源的紧缺,利用海水转化为淡水成为目前解决全球水资源危机的重要途径。光热海水淡化技术是一种以太阳辐射能为光热驱动力的开发海水淡化资源的新型太阳能光热转换的技术。海水中的重金属离子的存在也严重影响着淡化水的水质,所以重金属离子的去除也成为了亟待解决的重要问题。Ti3C2是一种具有类石墨烯结构的新型二维晶体碳化物,由于其特殊的片层结构,具有较大的表面积、良好的亲水性,且具有优异的力学、电子、磁学性能,在储能、吸附、传感器等方面被广泛应用。但是Ti3C2本身的多层堆叠结构对其应用有所限制,因此对于Ti3C2材料性能的改进还需要更为深入的研究。本文针对海水淡化及重金属离子去除的需要,以Ti3AlC2为前驱体,采用球磨法制备了尺寸大小均匀的单层Ti3C2(SL-Ti3C2)纳米片,通过调整球磨时间优化材料,来提高其在海水淡化中的光热转换化性能和还原吸附重金属离子的效率;同时以多层Ti3C2(d-Ti3C2)为前驱体采用水热法制备了 Ti3C2/TiO2复合材料,通过调整水热时间来提升其还原吸附重金属离子的效率,主要包括以下几个方面:(1)首先为以Ti3AlC2前驱体,采用球磨工艺制备SL-Ti3C2纳米片。在球磨过程中通过添加酒精和抽真空的方法来防止氧化,然后采用氢氟酸插层的方法制备d-Ti3C2,接着加入有机溶剂进行插层,以进一步扩大层间距,最后采用超声工艺,将扩大的片层超声分离开,得到尺寸均匀的SL-Ti3C2纳米片。结果表明,球磨5h后得到的SL-Ti3C2纳米片的横向尺寸约为500 nm,纵向厚度为1～2 nm。与脱脂棉混合后,所制备的具有高效光捕获结构的太阳能蒸发器(SL-Ti3C2/C)显示出高达97.18%的太阳能吸收。结合脱脂棉辅助的快速水输送的优点,其中SL-Ti3C2-5/C蒸发器在相似的试验条件下显著加速水蒸发,在一个太阳光照下可达到1.32 kg·m-2h-1的蒸发速率,相比于d-Ti3C2与脱脂棉混和的蒸发器(d-Ti3C2/C)增加了 26.44%。是纯海水蒸发效率的5.28倍。蒸发器的能量转换效率在一次太阳和五个太阳光照射下高达90.98%和97.64%,并且在长期照明周期中显示出稳定的水生成能力。另外,仔细检查了处理后的蒸汽质量。海水淡化后水中的Na+、Mg2+、K+、Ca2+等离子浓度急剧下降,Zn2+、Pb2+、Cd2+、Cu2+等重金属离子浓度也有显著的降低。(2)制备了 SL-Ti3C2纳米片,由于SL-Ti3C2纳米片的高的比表面积和均匀的尺寸,SL-Ti3C2纳米片可用于废水中重金属离子的还原吸附去除。研究了其对重金属离子Cr(Ⅵ)的还原吸附性能。SL-Ti3C2纳米片的比表面积高于d-Ti3C2,有利于对Cr(Ⅵ)的吸附。在材料球磨时间为5h,悬浮液中SL-Ti3C2纳米片浓度为0.05 g L-1,pH为2时,Cr(Ⅵ)的去除率最高,为97.35%。还原吸附机理是在酸性溶液中SL-Ti3C2纳米片上的正电荷吸引Cr2072-,并借助H+还原为Cr(Ⅲ),由SL-Ti3C2提供所需的电子,还原的Cr(Ⅲ)通过与Ti-C的键共价键固定在Ti3C2的表面,最终形成Ti-C-Cr(Ⅲ),以此去除Cr(Ⅵ)。(3)以二维材料d-Ti3C2为前驱体,采用简单的一步水热法合成了 Ti3C2/TiO2复合材料。由于大的比表面积和表面上丰富的活性位点,大大提高了复合材料的还原和吸收性能。优化了合成和去除金属离子的工艺参数,并讨论了还原吸收机理。在材料水热时间为24h,悬浮液浓度为0.05 g L-1,pH为2时,Cr(Ⅵ)的去除率最高,为99.34%。还原吸附机理是在酸性溶液中Ti3C2/TiO2复合材料上的正电荷吸引Cr2072-,并借助H+还原为Cr(Ⅲ),由Ti3C2提供所需的电子,还原的Cr(Ⅲ)部分通过与Ti-O键的共价键固定在TiO2的表面,形成Ti-O-Cr(Ⅲ),部分通过与Ti-C的键共价键固定在Ti3C2的表面,最终形成Ti-C-Cr(Ⅲ),以此去除Cr(Ⅵ)。