科研动态

西南交通大学化学学院王勇教授团队在著名期刊Langmuir上发表题为《聚多巴胺仿生改性同步增强MXene去除能力和稳定性研究》的研究成果

作者:王勇 日期:2024-03-04 12:00 点击数:

研究背景

随着工业化的迅猛发展,大量污染物被排放到废水中,其中包括对人类和动植物体有害的重金属离子。这些重金属离子不仅对水生生物造成危害,而且可能通过食物链传递给人类,引发健康问题。因此,迫切需要开发一种能够高效去除废水中重金属离子的吸附剂,这不仅能够减轻环境负担,还能提高水质,保护水生生态系统的健康。


文章要点

本工作提出了聚多巴胺(PDA)诱导的MXene仿生改性的新方法。为了探究PDAMXene的微观结构和吸附性能的影响,PDA首先在MXene溶液中进行了原位聚合,制得MXene/PDA复合材料。本工作通过不同的吸附测量,深入研究了MXene/PDA复合材料对有害重金属离子Cr(VI)的去除能力。有趣的是,PDA纳米颗粒促进了MXene的剥离,从而导致比表面积增加和吸附位点暴露。此外,MXenePDA在去除Cr(VI)方面有很强的协同作用,成功实现了对Cr(VI)的极高吸附能力(862.3mg/g);同时,吸附在复合粒子上的Cr(VI)约有54.3%还原为Cr(III)。在水基条件下存放两个月后,MXene的稳定性得到了极大的改善,复合材料仍然表现出较高的吸附能力,其吸附能力仅降低了3.3%。本工作表明MXene/PDA复合材料可以作为一种替代性的吸附剂,用于去除废水系统中的有害Cr(VI)


图文展示

1 (a) MXene/PDA复合颗粒的制备过程;(b) PDA分子在MXene纳米片上的堆积示意图


2 样品的SEM(a) MXene纳米片;(b) PDA纳米颗粒;(c) MPDA-2(d) MPDA-10


3 (a) 不同样品对Cr(VI)溶液的吸附能力对比;(b) 不同样品对Cr(Ⅵ)溶液的去除率和吸附容量的比较;(c) 协同效应随吸附剂样品成分的变化;(d) MPDA-10复合颗粒对不同pH值的Cr(VI)溶液的吸附能力变化


4 (a) 不同初始浓度的Cr(Ⅵ)溶液(50-250 mg/L)MPDA-10复合颗粒的吸附能力的影响,测试在pH值为2,温度为25 ℃,吸附时间为24 h,搅拌速度为180 rpm的条件下进行;(b) MPDA-10复合颗粒的Langmuir(c) Freundlich等温线吸附模型;(d) MPDA-10复合颗粒与其他MXene基和PDA基材料对Cr(VI)的最大吸附能力的比较


5 (a) 共存离子对MPDA-10复合颗粒吸附100 mL浓度为100 mg/LCr(Ⅵ)溶液的影响;(b) 制备的不同吸附剂对浓度为165 mg/L50 mL Cr(Ⅵ)溶液在储存前和储存两个月后的吸附能力的比较


综上,本工作以Synchronously Enhanced Removal Ability and Stability of MXene through Biomimetic Modification”为题发表在SCI二区期刊Langmuir上。论文第一作者为化学学院2020级硕士研究生卿清,通讯作者为西南交通大学化学学院黄婷老师和王勇教授。



文章链接:https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c00987