金属铬,Cr(Ⅵ)是一种对生物,特别是人类,具有很强毒性的强致癌物质,是美国环境保护署(USEPA)公认的17种重点污染物之一。含有Cr(Ⅵ)的废水如果被引入自然水体中,不仅破坏生态环境、污染土壤、水源,对植物乃至人类的健康都会产生巨大的威胁。根据WHO相关规定,饮用水中Cr(Ⅵ)的含量不得高于0.05ppm。吸附法因成本低、易操作、设备简单和周期短等优点,是治理重金属离子污染的有效途经之一。因此,新型、高效、环保及大比表面积吸附材料的构筑对治理Cr重金属离子污染具有重要的理论指导意义和实际应用价值。二维过渡金属碳/氮化物(MXene)材料,具有组成多元化、可控层间距、大比表面积、良好的亲水性及表面悬挂丰富的官能团等特点,是重金属离子的理想载体,能够有效清除重金属离子,在有机污染物和重金属离子的吸附降解方面展现出了一定的发展前景和实际应用价值。本论文以设计和构筑高效移除Cr有毒离子的MXene材料为研究目标,通过调控化学组成、表面性质、形貌及孔结构等影响因素,制备了系列不同形貌和化学组成的MXene材料。以重金属Cr离子为探针,系统探究了 MXene材料对Cr离子的吸附行为和作用机理,并揭示了其对Cr离子移除性能与其化学组成和孔结构间的构-效关系。论文主要研究内容和结果如下:(1)以MAX相材料的构筑为导向,发展了球磨法和焙烧处理制备技术,获得了 Ti3AlC2前驱体,经在不同温度下对其进行HF刻蚀后得到了系列三维手风琴结构 3D-Ti3C2TxMXene 材料(3D-MX-303、3D-MX-313和3D-MX-323),详细探究了形貌、孔结构和表面性质等因素对3D-Ti3C2Tx材料移除Cr(Ⅵ)离子性能的影响。其中,3D-MX-313样品在T=298 K,溶液pH=1时,对Cr(Ⅵ)离子的最佳移除量为585.33 mg g-1,其吸附行为遵循伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型,对Cr(Ⅵ)离子是单层表面吸附且以化学吸附为主。移除机理结果表明,Cr(Ⅵ)离子在3D-Ti3C2Tx表面发生了氧化还原反应,且被还原为Cr(Ⅲ)离子,而Ti3C2Tx表面的Ti-O键断裂,与Cr(Ⅲ)最终形成Ti-O-Cr(Ⅲ)物种,从而被锚定在3D-Ti3C2Tx材料表面。(2)发展化学热溶液法,以LiF和HCl为刻蚀液,通过调控超声剥层功率,制备了系列2D-Ti3C2Tx纳米片材料(2D-MX-600、2D-MX-800和2D-MX-1000),详细考察形貌、比表面积和孔径等因素对2D-Ti3C2Tx纳米片移除Cr(Ⅵ)性能的影响及其吸附行为和作用机制。2D-MX-600样品在T=298 K,溶液pH=1时,对Cr(Ⅵ)的最佳移除量高达823.33 mg g-1,其吸附行为遵循伪二阶动力学模型和Langmuir等温线模型。2D-Ti3C2Tx纳米片材料对Cr(Ⅵ)的移除量,高于3D-Ti3C2Tx,表明大面积的单层MXene纳米片有利于暴露更多的活性位点,从而增强对Cr(Ⅵ)的移除性能。