一种二维材料MXene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法与流程

文档序号:19427573发布日期:2019-12-17 15:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,包括如下步骤:

(a)建立二维材料mxene表面的羟基去除重金属阴离子基团的吸附模型或反应模型,计算吸附能或者反应能,确定去除重金属阴离子基团的方式和能力;

(b)计算二维材料mxene表面的其他官能团对去除重金属阴离子基团的影响,得到mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团;

(c)计算其他竞争阴离子的存在对于二维材料mxene去除重金属阴离子基团的选择性影响,预测二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团的性能。

2.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(a)中,所述吸附能为二维材料mxene中的羟基吸附重金属阴离子基团后的总能量与重金属阴离子基团、纯净二维材料mxene表面的能量之间的差值,其采用下述公式计算而得:eads=etotal-emxene-e’。

3.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(a)中,所述反应能为mxene中的羟基与重金属阴离子基团反应前后能量的差值,其采用下述公式计算而得:eform=etotal+eh2o-emxene-e’。

4.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(a)中,若吸附能的值为负值,则重金属阴离子基团吸附在二维材料mxene表面的羟基上;若反应能的值为负值,则二维材料mxene中羟基与重金属阴离子基团发生反应,生成二维材料mxene与重金属阴离子基团的结合物和水;吸附能或反应能中能量低者为二维材料mxene表面的羟基去除重金属阴离子基团的主要方式。

5.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(b)中,二维材料mxene表面的其他官能团包括氟基团。

6.根据权利要求5所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(b)中,计算二维材料mxene表面的其他官能团对去除重金属阴离子基团的影响包括:假设重金属阴离子基团与二维材料mxene表面氟基团之间发生吸附或者反应,计算重金属阴离子基团吸附在二维材料mxene表面氟基团上时的吸附能,或者与二维材料mxene表面氟基团反应时的反应能,比较二者数值大小,能量低者为二维材料mxene表面氟基团去除重金属阴离子基团的主要方式;对比二维材料mxene表面氟基团、步骤(a)中二维材料mxene表面羟基去除重金属阴离子基团的主要方式的能量数值大小,能量低者为mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团。

7.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(c)中,污水中其他竞争阴离子为非金属阴离子。

8.根据权利要求7所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,污水中,所述非金属阴离子形成的酸包括hcl、hno3、h2co3、h2so4和/或h3po4。

9.根据权利要求1所述的二维材料mxene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,其特征在于,步骤(c)中,计算污水中其他竞争阴离子的存在对于二维材料mxene去除重金属阴离子基团的选择性影响包括:

假设其他竞争阴离子与二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团之间发生吸附或者反应,分别建立吸附模型或者反应模型,计算污水中各个其他竞争阴离子基团吸附在二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团上的吸附能,或者与二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团进行反应的反应能;

分别比较各个竞争阴离子基团与二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团之间的吸附能和反应能数值大小,并判断二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团对各竞争阴离子基团的去除方式;

若二维材料mxene表面去除重金属阴离子基团的主要官能团对重金属阴离子基团的吸附能或者反应能低于其他官能团或竞争阴离子相应的能量,则二维材料mxene对重金属阴离子基团的去除效果好,反之,则二维材料mxene对重金属阴离子基团的去除效果受到其他竞争阴离子的影响,去除重金属阴离子基团的效果差。


技术总结
本发明提供了一种二维材料MXene去除污水中重金属阴离子基团性能的预测方法,包括计算二维材料MXene表面的羟基去除重金属阴离子基团的方式和结构;计算二维材料MXene表面的其他官能团对去除重金属阴离子基团的影响;计算污水中其他竞争阴离子的存在对于二维材料MXene去除重金属阴离子基团的选择性影响,预测二维材料MXene去除污水中重金属阴离子基团的性能。本发明方法能够快速预测二维材料MXene对于污水中重金属阴离子基团的去除效果,进而指导设计或合成高效的MXene材料,节约时间及成本,提高实验合成的效率,为高效无污染去除污水中的重金属阴离子基团提供了一套可行性方案。

技术研发人员:郭建新;刘晨旭;蒋佳月;王亚茹;梁伟华
受保护的技术使用者:河北大学
技术研发日:2019.08.21
技术公布日:2019.12.17
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