硝基酚和染料污染物在水系統中的不受控釋放是世界范圍內日益嚴重的問題，因此迫切需要有效的廢水處理技術。在這里，我們報告了一種新型的二維(2D)過渡金屬碳化物和/或氮化物(Ti
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x MXene)膜，通過真空輔助過濾技術修飾了銀納米線(AgNWs)，用于超快硝基苯酚催化和水凈化應用。通過堆疊Ti
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x MXene納米片，構建了規則且可控的膜轉運通道。此外，在Ti
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x MXene層間插入AgNWs大大擴大了層間間距，導致更多的間隙用于快速和選擇性的分子轉運。優化后的Ti
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x MXene@AgNWs (M@A)膜在保持牛血清白蛋白(BSA)排斥率高達95.4%的情況下，水通量高達~ 191.9 L/(m2 h)。重點采用M@A膜作為催化劑對4-硝基苯酚(4-NP)進行還原，結果表明M@A-12%膜表現出最大的催化還原能力和循環利用能力。M@A-12%膜對大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抗菌率均在99%以上。這項工作為拓展二維多功能M@A膜在廢水處理和污染物催化降解中的應用提供了可能
圖1. (a) M@A膜制備方法方案;(b) m-Ti
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x和d-Ti
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x的SEM和TEM圖像;(c) AgNWs的SEM和TEM圖像;(d) M@A復合材料的SEM和TEM圖像。
圖2. 膜的表面SEM圖像。
圖3. 膜的橫截面SEM圖。
圖4. (a)純Ti
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x MXene膜和M@A膜的XRD圖;(b)面板a中灰色區域的放大XRD圖案;(c)純Ti
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x MXene膜和M@A膜的FTIR光譜;(d)面板c中灰色區域的擴大FTIR光譜;(e−h)純Ti
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x MXene膜和M@A膜的XPS光譜;(i)純Ti
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x MXene膜和M@A膜的應力-應變曲線;(j) Ti
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x MXene與AgNWs之間氫鍵形成示意圖。
圖5。(a)純Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的水接觸角;(b)純Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的水通量;(c)純Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的BSA通量和排斥反應;(d)純Ti 3C2Tx MXene膜和M@A膜在BSA溶液中的時間依賴性通量;(e, f)分別為純Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的一、二污染指數和通量回收率。
圖6. (a)在暗和光條件下，通過M@A-16%膜過濾的飼料，滲透和濃縮MG溶液的UV-vis光譜，(b) M@A膜分離廢水機理示意圖。
圖7。相同濃度的4-NP溶液的UV-vis光譜。
圖8。在(a)純Ti
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x MXene膜上每5分鐘記錄水溶液中4-NP的減少;(b) M@A-4%膜;(c) M@A-8%膜;(d) M@A-12%膜;(e) M@A-16%膜;(f) M@A-20%膜。(g)純Ti
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x MXene膜和M@A膜催化劑的反應時間(min)與ln(C/C0)的關系。(h-i) M@A-12%膜催化劑用于4-NP催化還原反應的循環催化。
圖9 催化還原機理示意圖。
圖10 (a)大腸桿菌菌落在膜瓊脂平板上的圖像;(b)金黃色葡萄球菌菌落在膜瓊脂平板上的圖像;(c, d)膜細菌濃度和殺菌率。
相關科研成果由天津工業大學材料科學與工程學院Changkun Ding等人于2023年發表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.3c09983）上。原文：Multifunctional Ti
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x MXene/Silver Nanowire Membranes with Excellent Catalytic, Antifouling, and Antibacterial Properties for Nitrophenol-Containing Water Purifcation。
原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c09983
轉自《石墨烯研究》公眾號
