石墨烯“兄弟”MXene之MXene在染料廢水處理中的應用

隨著現代工業的發展，人類文明達到了空前的繁榮。一方面，人們享受著科技帶來的便利，另一方面，也要忍受工業發展帶來的環境危害。特別是各種汙水和廢水的排放，不僅加劇了全球性的水資源短缺，而且嚴重威脅著人類的生存健康。在各種汙水廢水中，染料廢水由於成分複雜，色度深，危害大等特點，成為最難處理的工業廢水之一。

圖1 圖片來源網路

常用的用於染料廢水處理的吸附材料主要有奈米金屬氧化物，生物炭，金屬有機骨架和石墨烯等，但這些吸附材料具有元素單一、作用力弱、表面缺乏官能團等缺點，吸附效能受到了極大的限制。MXene作為染料吸附劑具有克服這些缺點的潛力而備受關注（前兩期我們已經對MXene的歷史進行了介紹，並介紹了其對抗生素的分離效能）。

圖2 圖片來源網路

MXene獨特的層狀結構以及較高的比表面積、優異的表面親水性和豐富的活性位點使其本身可以被用作染料分子的吸附劑。透過理論和試驗研究，MXene在染料廢水處理領域的應用取得了一定的進展。

同時，MXene表面擁有的大量的官能團還使其比較容易地與其他功能材料結合製備複合材料，提高對染料廢水的處理效率。Cai［1］等利用一步水熱法將植酸（HA）和Ti3C2（OHxF1-x）2進行復合製備HA-MXene複合材料，用作亞甲基藍和羅丹明B的吸附劑，透過HA與MXene反應生成新的功能奈米結構和組成來提高MXene的吸附能力。結果表明，與MXene相比，HA-MXene對亞甲基藍和羅丹明B的吸附能力均有大幅度提高。

圖片3 圖片來源參考文獻

儘管MXene及其複合材料在染料廢水處理領域得到了廣泛的研究，但為了得到更優的吸附效果，還需對材料本身及吸附條件進行進一步改進。

（1）研究合適的分散劑或分散工藝防止MXene在吸附過程中的團聚問題是提高其吸附行為的關鍵；

（2）提高MXene及複合材料在吸附過程中的穩定性和耐汙染性是實現工業化的重要方向；

（3）進一步深入MXene的改性研究，提高材料的吸附效能。

廣州承壓院國家石墨烯產品質量監督檢驗中心（廣東）配備有X射線光電子能譜儀，鐳射顯微共焦拉曼光譜儀，X射線衍射儀，紫外可見近紅外分光光度計，超高效液相色譜儀，zeta電位，接觸角測定儀等高階的儀器裝置，可以對MXene膜的結構，效能及對染料分子的吸附機理進行檢測研究，助力MXene在抗生素分離方面的發展。

圖4 紫外可見近紅外分光光度計

圖5 鐳射顯微共焦拉曼光譜儀

參考文獻：

［1］ Cai C， Wang R， Liu S， et al。 Synthesis of self-assembled phytic acid-MXene nanocomposites via a facile hydrothermal approach with elevated dye adsorption capacities［J］。 Colloids and Surfaces A Physicochemical and Engineering Aspects， 2020， 589。