光热材料在海水淡化、废水处理等方面的应用已被广泛研究，但将光热效应与太阳能驱动光催化相结合，表现出高效的太阳能驱动水蒸发性能和优异的光催化能力的研究相对较少。从实际应用的角度来看，将光热效应与太阳能驱动光催化相结合，开发成本低、制备工艺简单、能实现海水淡化、废水处理和光降解有机染料的环保型蒸发器具有重要意义。本文通过简单浸渍和原位聚合制备了一种新型多功能MXene/聚吡咯(PPy)包覆三聚氰胺泡沫(MF -MXene/PPy)。MF-MXene/PPy具有丰富的孔隙率(89.13%)、丰富的水分子转运通道、优异的光吸收能力(约94%)、较低的热导率(0.1047 W m
-1 K
-1)，在太阳能海水淡化、废水净化和光降解有机染料方面表现优异。在1 kW m
-2光照下，MF-MXene/PPy的太阳能转化率和效率可达1.5174 kg m
-2 h
-1和91.24%。此外，由于MF-MXene/PPy的孔径规则，即使在20 wt% NaCl中连续蒸发8小时也表现出良好的耐盐性。在70 mL 20 wt% NaCl中连续蒸发8小时后，收集的盐量可达0.2 g。此外，MF-MXene/PPy对有机染料也具有优异的可见光降解能力，对亚甲基蓝(MB)、罗丹明B (RHB)和甲基橙(MO)的降解率分别为92.38%、88.92%和91.75%。作为一项基础性研究，本研究将为新型蒸发器的研制开辟一条新的途径。
图1 MXene和MF-MXene/PPy蒸发器的制备。
图2. (a) MXene (Ti3C2Tx)的SEM图像，(b) MXene的TEM图像。(c) Ti3C2的SAED。(d-h) MF、MF/PVA、MF- mxene、MF- mxene /PPy的SEM图像。(i) MF-MXene/PPy的EDS图。
图3 (a)湿型MF-MXene/PPy的压缩应力-应变曲线。(b)密度和孔隙率(三次测量的平均值)。(c-d) MF-MXene/PPy的压汞曲线及孔径分布。(e) MF和MF- mxene /PPy的变形试验。
图4. (a) MF和MF- mxene /PPy的静态接触角。(b) MF-MXene/PPy对水的吸收率(来自三次测量的平均值)。(c) MF-MXene/PPy吸水前后的重量变化。(d) MF-MXene/PPy在干湿环境下的导热性能测试。(e) MF、MF- mxene和MF- mxene /PPy的吸光度谱。
图5 (a) MF-MXene/PPy的TGA。(b) MF、MF- mxene和MF- mxene /PPy的XRD谱图。(c) MF、MF- mxene和MF- mxene /PPy的FTIR光谱。(d) MF-MXene和MF-MXene/PPy的XPS测量光谱。(e) MF-MXene和MF-MXene/PPy的C 1s谱。(f) MF-MXene和MF-MXene/PPy的Ti 2p谱。
图6 MF-MXene/PPy催化剂的可见光降解性能测试。
图7 (a) MF-MXene/PPy在不同盐度溶液中的质量变化。(b) MF-MXene/PPy在不同盐度溶液中的蒸发效率和速率。(c) MF-MXene/PPy在20 wt% NaCl中8小时的质量变化。(d) MF-MXene/PPy在20 wt% NaCl中8小时的蒸发效率和蒸发速率(三次测量的6a-d平均值)。(e) MF-MXene/PPy在20wt%NaCl蒸发8 h时的上表面图像。
图8. (a)蒸发前后海水电阻值。(b-c)蒸发前后海水和金属离子浓度。 (d)耐盐和重金属离子拦截机理示意图。(e)蒸发前后测得的水的pH值。
图9 (a-c) MB、RHB和MO在不同时间的紫外可见光谱。(d) MF-MXene/PPy气凝胶在不同染料MB、RHB和MO中的光降解曲线。(e)通过拟一级反应模型拟合的MF-MXene/PPy气凝胶的动力学曲线MB、RHB和MO。(f)加入和不加入MF-MXene/PPy的MB、RHB和MO的降解率。
图10 MF-MXene/PPy的ESR谱。
图11 (a) MF-MXene/PPy可能的光催化机制。(b)该MF-MXene/PPy集成处理器用于拍摄在太阳能光降解处理过程中收集的水样。
相关科研成果由西北民族化学工程学院Lihua Chen等人于2023年发表在Journal of Colloid and Interface Science (https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.01.018)上。原文：MXene/polypyrrole coated melamine-foam for efficient interfacial evaporation and photodegradation。
转自《石墨烯研究》公众号
