高纯1T相MoS₂去除水中重金属

近期,中科院合肥研究院固体所纳米材料与器件技术研究部环境与能源纳米材料中心的研究团队采用两步溶剂热合成法,制备了一种高纯1T相MoS₂(1T-MoS₂),其因化学稳定性较高,而能在空气中放置一年的时间,并且在水环境中也可以维持稳定的宽间距结构,进而确保离子的运输,同时能高效去除水中的重金属离子,如六价铬(Cr(VI))。

高纯1T相MoS₂去除水中重金属图片

MoS₂金属性的1T相结构因具有富硫特性和独特的各向异性,而常用于离子传输和吸附的可渗透通道以及去除水中重金属离子。然而研究者发现,MoS₂在吸附后稳定性较差,1T相会完全转变为2H相或者宽间距结构塌陷,进而导致其循环耐久性降低。此外,利用气相沉积法制备出来的高纯1T相MoS₂,也很难批量应用于水处理方面。因此,为了提高水中重金属离子的去除能力,亟需合成高纯1T相MoS₂并得确保其层间结构在吸附过程中的稳定,不会发生塌缩。

高纯1T相MoS₂去除水中重金属图片

针对上述的问题,固体所科研人员在一步水热反应得到混合相MoS₂的基础上,利用乙醇进行相调制,成功地合成了具有宽层间距结构和丰富硫空位的高纯1T-MoS₂。实验表明,该1T-MoS₂中的1T相的百分比含量接近100%,并且即使在360天的暴露空气中也能保持高度稳定,因而能很好地去除水中的铬离子。电子顺磁共振分析表明,在乙醇的诱导下,混合相MoS₂原位形成的硫空位对促进2H相向1T相的转化至关重要。分子动力学模拟表明,乙醇与MoS₂表面之间存在较强的相互作用,能有效降低MoS₂纳米片的总能量,进而能增强1T-MoS₂的稳定性。此外,在一定的条件下,1T-MoS₂纳米片表现出优异的Cr(VI)吸附能力(p H=6时为200.3mg/g),是混合相MoS₂和2H相MoS₂的两倍以上,并且能在多次的吸附循环过程中依旧保持稳定的相结构。对Cr(VI)吸附机理的研究表明,铬的吸附归因于Mo(IV)配位不足作为活性位点,并且在去除过程中与氧化还原反应有关。

该研究工作对1T相MoS₂的批量制备以及MoS₂基新型吸附剂的应用具有重要意义。相关研究成果以“Ethanol introduced synthesis of ultrastable 1T-MoS₂for removal of Cr(VI)”为题,发表在环境领域专业期刊Journal of Hazardous Materials 上。

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