硝基酚和染料污染物在水系统中的不受控释放是世界范围内日益严重的问题，因此迫切需要有效的废水处理技术。在这里，我们报告了一种新型的二维(2D)过渡金属碳化物和/或氮化物(Ti₃C₂T_x MXene)膜，通过真空辅助过滤技术修饰了银纳米线(AgNWs)，用于超快硝基苯酚催化和水净化应用。通过堆叠Ti₃C₂T_x MXene纳米片，构建了规则且可控的膜转运通道。此外，在Ti₃C₂T_x MXene层间插入AgNWs大大扩大了层间间距，导致更多的间隙用于快速和选择性的分子转运。优化后的Ti₃C₂T_x MXene@AgNWs (M@A)膜在保持牛血清白蛋白(BSA)排斥率高达95.4%的情况下，水通量高达~ 191.9 L/(m2 h)。重点采用M@A膜作为催化剂对4-硝基苯酚(4-NP)进行还原，结果表明M@A-12%膜表现出最大的催化还原能力和循环利用能力。M@A-12%膜对大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率均在99%以上。这项工作为拓展二维多功能M@A膜在废水处理和污染物催化降解中的应用提供了可能
 
图1. (a) M@A膜制备方法方案;(b) m-Ti₃C₂T_x和d-Ti₃C₂T_x的SEM和TEM图像;(c) AgNWs的SEM和TEM图像;(d) M@A复合材料的SEM和TEM图像。
 
图2. 膜的表面SEM图像。
 
图3. 膜的横截面SEM图。
 
图4. (a)纯Ti₃C₂T_x MXene膜和M@A膜的XRD图;(b)面板a中灰色区域的放大XRD图案;(c)纯Ti₃C₂T_x MXene膜和M@A膜的FTIR光谱;(d)面板c中灰色区域的扩大FTIR光谱;(e−h)纯Ti₃C₂T_x MXene膜和M@A膜的XPS光谱;(i)纯Ti₃C₂T_x MXene膜和M@A膜的应力-应变曲线;(j) Ti₃C₂T_x MXene与AgNWs之间氢键形成示意图。
 
图5。(a)纯Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的水接触角;(b)纯Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的水通量;(c)纯Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的BSA通量和排斥反应;(d)纯Ti 3C2Tx MXene膜和M@A膜在BSA溶液中的时间依赖性通量;(e, f)分别为纯Ti3C2Tx MXene膜和M@A膜的一、二污染指数和通量回收率。
 
图6. (a)在暗和光条件下，通过M@A-16%膜过滤的饲料，渗透和浓缩MG溶液的UV-vis光谱，(b) M@A膜分离废水机理示意图。
 
图7。相同浓度的4-NP溶液的UV-vis光谱。
  
图8。在(a)纯Ti₃C₂T_x MXene膜上每5分钟记录水溶液中4-NP的减少;(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)纯Ti₃C₂T_x MXene膜和M@A膜催化剂的反应时间(min)与ln(C/C0)的关系。(h-i) M@A-12%膜催化剂用于4-NP催化还原反应的循环催化。
 
图9 催化还原机理示意图。
 
图10 (a)大肠杆菌菌落在膜琼脂平板上的图像;(b)金黄色葡萄球菌菌落在膜琼脂平板上的图像;(c, d)膜细菌浓度和杀菌率。
 
       相关科研成果由天津工业大学材料科学与工程学院Changkun Ding等人于2023年发表在ACS Applied Materials & Interfaces（https://doi.org/10.1021/acsami.3c09983）上。原文：Multifunctional Ti₃C₂T_x MXene/Silver Nanowire Membranes with Excellent Catalytic, Antifouling, and Antibacterial Properties for Nitrophenol-Containing Water Purifcation。
        原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c09983

转自《石墨烯研究》公众号