硝基酚和染料污染物在水系統(tǒng)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(guī)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(yōu)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(xiàn)出最大的催化還原能力和循環(huán)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(qū)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(qū)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(shù)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(huán)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(yè)大學材料科學與工程學院Changkun Ding等人于2023年發(fā)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
