电容去离子(电吸附)是一种简单、环保、节能的水处理技术,电极材料是电吸附的核心。二维层状纳米材料Mxene通常是经过化学刻蚀的方法得到,其表面常被氟、氧、羟基等官能团覆盖,有较大的比表面积并且兼具良好的导电性和亲水性。Ti3C2作为研究最多的Mxene材料,具有较高的体积电容、高倍率性能和循环稳定性,是很有潜力的电极材料。本文通过液体刻蚀法用氢氟酸将钛碳化铝(Ti3AlC2)刻蚀成Ti3C2,探究了刻蚀时间和刻蚀温度对产物的影响,确定了最佳刻蚀时间为24h,最佳刻蚀温度为60℃。利用涂覆法制备了Ti3C2电极,通过SEM、XRD、XPS对Ti3C2电极的形貌、晶体结构和元素组成进行表征分析,通过电化学方法对Ti3C2电极的循环伏安和交流阻抗进行了测试。随后考察了 CF、层状双金属氢氧化物(NiAl-LMO)和Ti3C2三种对电极在Na+、Mg2+、Ca2+混合溶液对Ca2+选择性的影响,发现在以NiAl-LMO为对电极时,Ti3C2电极对混合溶液中Ca2+的选择性最高,吸附量为109.76mg/g,分别是Mg2+和Na+的2.5倍和9.8倍。对选择性最高的Ca2+和选择性最低的Na+进行了吸附动力学和吸附等温线拟合,结果显示吸附过程以物理吸附为主,Ca2+的饱和吸附量为585.29mg/g,Na+的饱和吸附量为137.19mg/g。在施加反向电压后可实现Ca2+的脱附,并在5个电吸附-脱附循环后,Ti3C2电极对Ca2+的去除率为39.9%,与初始去除率42.5%相差不大。分析选择性吸附机理主要为Ti3AlC2经氢氟酸刻蚀后生成Ti3C2,[Ti-O]-H+基团上的离子交换位点有助于吸附Ca2+、Mg2+、Na+。二价阳离子相比于一价阳离子可以提供更多的负电荷中和Ti3C2表面,二价阳离子以较低的水合能被更好的吸附,因此Ca2+的选择性高于Mg2+和Na+。最后对Ti3C2电极电吸附Pb2+进行了研究。考察电压对Pb2+吸附率的影响,发现在电压为1V时,Ti3C2电极对Pb2+吸附率最大可达98.48%。在Ca2+和Pb2+的混合溶液中,Ti3C2电极对Pb2+的平衡吸附量为137.47 mg/g,是Ca2+平衡吸附量(13.11 mg/g)的10.5 倍。