新膜材料不用壓力也能凈化水
新薄膜無壓水凈化原理圖。圖片來源：《自然—可持續性》
去除水中的重金屬離子對于公共健康具有重要意義，但基于二維材料的薄膜通常需要壓力驅動。近日，福州大學教授徐藝軍課題組報道了一種對二維碳化鈦基薄膜微觀結構和表面性質的雙重調控策略，實現了該薄膜在無壓力驅動的條件下，有效去除水體中的多種重金屬離子。相關論文9月9日刊登于《自然—可持續性》。
目前，世界范圍內的水資源短缺和水污染問題日益凸顯，水凈化被公認為是解決水資源匱乏問題的有效途徑之一。而水體中的重金屬離子污染物具有毒性強、遷移率高和非生物降解等特點，如何去除水體中的重金屬離子已經成為全球關注的重要問題。二維材料基薄膜由于其高比表面積、豐富的表面官能團等優點，在去除水體中的重金屬離子方面具有廣闊的應用前景。然而，由于二維材料在形成薄膜過程中容易堆疊，最終形成具有高密度的致密結構，由此得到的膜材料在水凈化應用中通常為壓力驅動的過濾膜。此外，二維膜材料只能選擇性地吸附特定的重金屬離子，在無壓力驅動的條件下，在一種二維材料基薄膜上實現多種重金屬離子的去除是一個具有挑戰性的課題。
徐藝軍課題組通過在二維碳化鈦組裝成膜過程中，引入還原氧化石墨烯，可以對其納米片進行插層防止堆疊，從而顯著提高膜材料與水體中重金屬離子的接觸面積。在此基礎上，研究人員對二維碳化鈦基薄膜進一步進行表面羥基化處理，不僅可以有效改善其水潤濕性，而且還可以增強對重金屬離子的吸附和還原作用。
在微觀結構和表面性質優化的協同效應下，二維碳化鈦基薄膜對于水體中的多種重金屬陽離子和重金屬陰離子有明顯的去除作用。此外，回收的二維碳化鈦基薄膜可以進行再生處理，實現循環利用。
專家表示，該研究為合理利用二維材料基薄膜，實現其在水體凈化中的應用開辟了一條可能的新途徑。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41893-019-0373-4
