附录一 开题报告
燕 山 大学
本科毕业设计（论文）开题报告
课题名称：磁性MXene层状材料剥离技术及除氟性能研究
学院（系）：环境与化学工程学院
年级专业：2010级环境科学
学生姓名： 杨庆刚
指导教师： 张庆瑞
完成日期：2014.3.26
一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义
饮用水中氟离子超过1.0mg/时对人体的危害很大。饮用高氟水是导致氟病流行的最根本、最重要的因素。氟中毒症状的出现与饮用高氟水的含量有关，氟摄入量达10毫克左右时即可引发急性中毒，每日摄入15-20毫克，持续10-20年可导致氟骨病；每日摄入20毫克，持续20年以上可导致残废甚至死亡[1]。
氟的富集是长期地质作用和地球化学演变的结果,我国高氟水形成特点主要影响因子概括为背景岩石、蒸发作用、地温环境以及人类活动 [2]。 饮用高氟水危害人体健康是一个世界性问题，已越来越受到人们的重视。自20世纪50年代以来，人们研究了多种除氟方法，并取得了一定进展。目前主要除氟方法有：混凝沉淀、吸附过滤、电凝聚、电渗析和反渗透等[3]。
(1).混凝沉淀
铝盐混凝法是饮用水除氟的常用方法之一。铝盐投加到水中后，可通过Aln与氟离子的络合、铝盐水解的中间产物及最后生成的无定型的Al(oH)，絮体对F一的离子交换、吸附及卷扫等作用去除水中的氟离子。常用除氟药剂有铝盐混凝剂(包括聚合氯化铝和单体氯化铝等)、CF一1型饮用水除氟剂和PC85—3型除氟剂等。pH值对除氟效果影响显著，因此，选择适宜的pH值是非常重要的[4]。此外，混凝沉淀除氟效果还受原水含氟量、水温、碱度、盐度、混凝搅拌时间等因素的影响，因此在实际应用中均应予以考虑。
(2).吸附过滤
我国饮用水除氟方法中，目前研究应用最多的是吸附过滤法，其除氟机理主要有吸附、离子交换、络合作用等。常用的吸附滤料有活性氧化铝、骨炭、UR一3700螯合树脂，还有某些天然岩石材料如沸石等作为滤料。此外，对新型滤料如氧化铁涂层砂改性滤料、镧氧化膜硅胶、负载镧纤维吸附剂、活性炭纤维及活性氧化铈／介孔筛除氟剂等的研究也取得了进展[5]。
(3).电凝聚
电凝聚法即电化学凝聚法，主要利用电解原理对水进行电化学处理。在直流电场的作用下，电凝聚装置中阳极上的铝板表面向溶液中定量溶出铝离子，同时阴极板产生等当量的OH一离子。这些电解出的Al¨，具有极强[6]
拟定设计5000人小区污水处理工艺设计, 选择合适的处理工艺流程处理小活性，在电极表面与水产生不可逆的化学吸附，形成[Al(HO)]的水合络合物，通过电极反应的表面催化作用，在不同pH值条件下，形成含有单核或多核的水解缩聚物，最终形成表面第3期黄富民等饮用水除氟技术的研究现状及发展趋势含有羟基的高分子线性物。电凝聚除氟的实质是利用铝吸附剂对水中氟离子进行吸附，其作用机理是基于静电吸附和离子交换吸附。研究表明，pH在影响电凝聚除氟效果的众多因素中最为显著，电凝聚除氟的pH值一般控制在6．5左右，处理后出水可基本接近中性[7]。
(4).电渗析
电渗析(ED)是在直流电场作用下利用荷电离子膜的反离子迁移原理(与膜电荷相反的离子透过膜，同名离子则被膜截留)，使水溶液中阴、阳离子作定向迁移，从而达到带电离子从水溶液中分离的一种物理化学过程。 电渗析的最早应用(1954年)是苦咸水淡化；20世纪7O～8O年代电渗析技术进入大规模推广、应用阶段，8O年代中国在苦咸水淡化、工业用纯水、超纯水制造方面应用得到迅速发展[8]。电渗析应用于饮用水除氟是在2O世纪7O～8O年代电渗析技术进入大规模推广、应用阶段[9~11]。
(5).反渗透
反渗透(Ro)技术是近年来迅速发展起来的膜分离技术，该技术是利用反渗透膜选择性的只能透过溶剂(通常是水)而截留离子物质的性质，以膜两侧压力差为推动力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透而实现对液体混合物进行分离的膜过程。反渗透属于压力驱动型膜分离技术，其操作压差一般为1．5～10．5MPa，截留组分为(1～10)×10”m小分子溶质[12~13]。
近年来，将对氟离子具有特定吸附作用的层状结构材料制备复合吸附剂逐步成为饮用水中氟离子深度净化和安全控制的重要手段之一。最具代表性的是MXene层状结构材料。该类复合材料利用层状结构特性显著增加了吸附材料的比表面积，使其吸附性能显著提高；同时充分借助此类吸附剂高效吸附性能，为饮用水中氟离子的深度净化及安全控制提供技术支持[14]。
MXene层状结构材料是近年来发展起来的一类新型多层状材料，其化学式为Ti3C2。大量研究表明，该类材料不仅可以提供较大的比表面积，同时
又有优异的热、化学稳定性和良好的动力学性能[15]。
故此，我选择了这项科研项目做为毕业设计的题目。
二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：
1.MXene层状结构材料的制备方法。
2.探究在不同PH值下MXene层状材料对氟离子的吸附效果及达到最大吸附效果时的PH值。
3.探究当水中存在其他杂质离子时的吸附效果及MXene层状材料对氟离子及其他杂质离子吸附效果的比较。
4．探究其对氟离子的吸附性能及作用机理，并进行其对氟离子深度净化技术评价
三、研究步骤、方法及措施：
1．通过网络、图书馆等途径收集相关资料，完成开题报告和文献综述。
2．完成MXene层状结构材料的制备
3．通过pH影响、吸附等温线、竞争实验、动力学实验来研究此类材料对氟离子的吸附效果
4．结合FT-IR（红外光谱技术）,XPS（光电子能谱）,SEM00（电镜扫描）,TEM（光学显微镜）,XRD（X射线衍射分析）等光谱学手段解析该复合吸附剂对氟离子的吸附机理
5．通过模拟柱吸附进行该材料对氟离子深度净化技术评价
四、研究工作进度：
1～4周：完成文献综述完成材料制备完成吸附选择性实验、完成PH影响
5～8周：完成动力学吸附实验、完成PH影响、完成吸附等温线、吸附稳定性实验
9～12周：完成材料的表征及机理分析
13～16周：完成对氟离子深度净化技术评价
17～18周：撰写毕业论文
五、主要参考文献：
1 卫生部.生活饮用水水质卫生规范[J].2001.2 奚旦立, 孙裕生, 刘秀英.环境监测[M].高等教育出版社.545
1986.68～73
3 李正阳.二维晶体MXene的制备与性能研究进展.硅酸盐通
报.2013,6(2):108～109
4 刘庆文.含氟水处理方法概述[J].天津化工, 1998, 11(4)：17～18 5 黄丽.新型功能性层状材料的合成及应用.材料学导报.2012,23(2):135～137
6张力平, 魏国.含氟废水深度处理的研究[J].北京林业大学学报.2003, 2(1): 82～85
7李勇明, 李凤兰, 慧兰.新型离子除氟剂的研究[J].工业水处理, 1997, 17(6)：11～12
8 关春龙.尚叠层状复合材料的研究进展.材料学导报,2009,12(4):37～40
9 陈思怀,黎晓敏,魏光河.高氟水的危害及控制.西南农业大学学报，2010,8(4):235～238
10 卢建杭, 黄克玲.含氟水治理研究进展[J].化工环保, 1999,19(6): 341～345
11 Michael Naguib.a promising transition metal carbide anode for lithium-ion batteries,1996.15(2):278～280
12 凌波.铝盐混凝沉淀除氟[J].水处理技术, 1996, 17(4): 56～57.13 周钰明, 余春香.吸附法处理含氟废水的研究进展[J].水处理技术，2011,20(3):236～237
14 S.Lowell, J.E.Shields, Powder Surface Area and Porosity, 3 rd ed, Chapman & Hall,New York, 1991.6(2):79～82
15 Barsoum M W，El-raghy T． The MAX phases: unique new carbide and nitride materials: ternary ceramics turn out to be surprisingly soft and machinable， American Scientist， 2001，13(1):334～3
43六、指导教师意见
指导教师签字：
年月
七、系级教学单位审核意见：
审查结果： □ 通过□ 完善后通过□ 未通过
负责人签字：
年月
日日
