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PDA对MXene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，MXene和PDA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

图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

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

图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

图4 (a) 不同初始浓度的Cr(Ⅵ)溶液(50-250 mg/L)对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和(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

图5 (a) 共存离子对MPDA-10复合颗粒吸附100 mL浓度为100 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液的影响；(b) 制备的不同吸附剂对浓度为165 mg/L的50 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