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14
2026
-
09
JMS：Ti₃C₂Tₓ膜水通量提升近4倍，染料/盐分离
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研究背景
纺织工业每年排放大量高盐度、成分复杂的染料废水，传统吸附、混凝、氧化及生物降解等技术难以实现染料与盐的*分离，制约了染料和盐资源的回收利用。膜分离技术因操作简单、分离效率高、能耗低而广泛应用，但普通商用纳滤膜的致密选择层会同时截留染料和盐，无法有效分离染料废水中的盐，限制了其在染料纯化和资源回收中的应用。近年来，由氧化石墨烯（GO）、石墨相氮化碳（g-C₃N₄）、过渡金属硫族化合物（TMDs）及过渡金属碳化物/氮化物（MXenes）等超薄二维材料组装而成的二维层状膜受到广泛关注。其中，Ti₃C₂Tₓ MXene凭借超薄二维结构、丰富的含氧官能团（-OH、-O、-F）和优异的机械强度，成为构建水净化膜的有前景材料。然而，二维纳米片层间距狭窄，层间传输通道长且曲折，严重阻碍水分子传输，导致膜渗透性低。
本文摘要
Ti₃C₂Tₓ MXene在*率分子分离膜方面展现出巨大潜力，但其实际应用受到稳定性差以及由高通道曲折度引起的低通量所导致的固有渗透性-选择性权衡问题的制约。在此，本研究报道了一种简便、温和且无需模板的“氧化刻蚀”策略，用于制备具有可控孔径的Ti₃C₂Tₓ纳米片，在保持对染料分子高截留率的同时显著提高膜渗透性。具体而言，Cu²⁺催化的无模板室温刻蚀在Ti₃C₂Tₓ纳米片中创建了可控的面内孔；通过精确调节刻蚀浓度来调控其多孔结构，同时保持固有的二维特征，缩短传输路径并在不牺牲尺寸选择性的前提下提高渗透通量，这得益于受限的层间和孔边缘区域。结果表明，多孔膜对包括刚果红、结晶紫和铬蓝黑B在内的大分子染料的截留率保持在98%以上（对较小的亚甲基蓝为88%），这归因于明确的孔结构以及通道表面-OH基团密度的增加。此外，与原始Ti₃C₂Tₓ膜相比，多孔膜对染料/盐的水渗透性从39.4 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹提高至150 L m⁻² h⁻¹ bar⁻¹以上，这得益于具有更好亲水性的多维通道，同时NaCl脱盐率降至8%以下。本研究为制备用于染料分离应用的高性能多孔Ti₃C₂Tₓ膜提供了一种有效策略。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/GQHqm02DRf9k_gz4E_HF3w
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