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专利号: 2019107725194
申请人: 河北大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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)采用第一性原理软件CASTEP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和反应模型,计算吸附能和反应能,确定二维材料MXene表面羟基去除重金属阴离子基团的方式和能力;

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’;在此公式中,Eads为吸附能,Etotal为重金属阴离子基团吸附在MXene上的总能量,EMXene和E’分别表示纯净MXene的能量和重金属阴离子基团的能量;

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’;在此公式中,Eform为反应能,Etotal为产物MXene和重金属阴离子基团总体能量,EH2O为水分子的能量;EMXene和E’分别为反应物MXene和重金属阴离子基团的能量;

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;吸附能和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;

(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;

二维材料MXene表面的其他官能团包括氟基团;

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,以及与二维材料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;

(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;

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,分别建立吸附模型和反应模型,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,以及与二维材料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;污水中其他竞争阴离子为非金属阴离子。

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,污水中,所述非金属阴离子形成的酸包括HCl、HNO3、H2CO3、H2SO4和/或H3PO4。