Page 66 - 《精细化工》2021年第12期
P. 66

·2428·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 38 卷

            的潜在应用。另外，MXenes 已证明能够有效地吸附                         9.3 mg/g，去除效率高达 100%。此外，在吸附过程
            多种重金属离子，包括 Cd(Ⅱ)、Hg(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、                      中起关键作用的 MXene 层间距也可以通过使用合
                                    [7]
            Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)和 Ba(Ⅱ)等 。例如：HU 等            [54] 采用    适的插层剂来封装放射性核素使得吸附效果更好                     [55] 。
            一种简便的方法使用 HgCl 2 和 Hg(NO 3 ) 2 溶液制备了                   除了离子交换和球内络合            [56] 外，MXene 及其复
            一种含氧 MXene 吸附剂。得益于材料表面存在的大                         合材料还可以通过物理吸附、化学吸附、氢键和静
            量含氧官能团，该吸附剂对混合的二价阳离子金属                             电吸附、表面活化处理（KOH 处理、氢氟酸剥落温
                                                                                                    2+
                                                                                              2+
                                                                                                          +
                                                                                         2+
            溶液中的 Hg(Ⅱ)具有良好的吸附效果，且该吸附剂                          度和插层）等方法实现对 Ba 、Sr 、Pd 、Cs 、
                                                                       3+
                                                                 4+
                                                                             7+
                                                                                  6+
            在 pH=5.0 和 pH=2.0 时对 Hg(Ⅱ)都具有很高的吸附                 Th 、Eu 、Re 、U 等放射性离子的吸附，有效
            能力，质量浓度 100 mg/L 以内的含汞废水去除率接                       解决放射性元素对环境的危害问题                [56] 。
            近 100%。                                                环境兼容的 MXenes 有很多独特的性能，如优
                                                               良的化学物质兼容性、高热稳定性和对强烈辐射的
                                                               显著抵抗力，并在实验室规模上有低成本生产和高
                                                               产率的优点，这使它们成为从核废料中去除危险放
                                                               射性核素的理想选择。不过，原始 MXenes 的小层
                                                               间距和重新堆积会限制放射性核素的吸附，通过引
                                                               入合适的插层剂和分子的交联，可以有效地调整
                                                               MXenes 堆叠片之间的层间间距，从而显著提高
                                                               MXenes 的吸附能力。
                                                               3.4   MXenes 及其复合材料在降解污染物领域中的应

                                                                   用
                    图 6  Ti 3 C 2 T x 对 Cr(Ⅵ)的去除机理 [53]
                                                     [53]          有机污染物会造成持续的环境污染，常见的有
               Fig. 6    Removal mechanism of Cr(Ⅵ) by Ti 3 C 2 T x
                                                               机物处理方法包括物理化学法、膜分离法、生物处
            3.3  MXenes 及其复合材料在去除放射性元素领域                       理法、超声波处理法等，而光催化处理法由于高效
                 中的应用                                          且能够避免二次污染，越来越受人们重视                 [57] 。MXenes
                 近年来，由于部分核泄漏事件给环境和人类带                          的光学特性、表面特性以及独特的层状结构使其被
            来的危害过大，人们对放射性元素造成的污染格外                             用作光催化剂具有广阔的前景。
            关注，目前的核废料处理主要涉及的是半衰期长的                                 MASHTALIR 等   [58] 发现，Ti 3 C 2 T x 作为光催化剂，
            放射性核素，如将 U、Ba、Th、Cs、Sr 等放射性元                       在紫外线照射的情况下对亚甲基蓝和酸性蓝 80 的
            素从环境中有效分离。由于吸附固存的方法具有操                             降解效率可大大增加，Ti 3 C 2 T x 对亚甲基蓝和酸性蓝
            作方便、成本相对低、效率高等优点，吸附法已经                             80 的降解率分别可达 81%和 62%。其中，带正电荷
            成为去除放射性元素的热门研究方向。传统的吸附                             的亚甲基蓝分子和带负电荷的 MXene 表面之间有
            剂吸附容量低、选择性差且动力学反应较慢，吸附                             良好的静电相互作用，与此同时，Ti 3 C 2 T x 表面形成
            效果差强人意，因此，选择特性优良的吸附剂是解                             氢氧化钛终端，提升了光催化效果。虽然该材料的
            决放射性元素带来的环境问题的关键                  [10-15] 。        吸附效果不如商用活性炭，但是可以通过改性的方
                 二维层状 MXenes 由于具有巨大的比表面积、                      式提升其降解效果。而且 Ti 3 C 2 T x   作为光催化剂的
            丰富的表面官能团、高亲水性等特性，能够作为很                             优势还在于其被氧化后形成的 Ti 3 C 2 T x /TiO x 复合材
            好的吸附剂处理核废料。此外，MXenes 存在的亲水                         料对有机污染物也有降解效果。此外，MXenes 对其
            基团使其在快速去除污水中的污染物方面有着至关                             他有机污染物均有优异的吸附效果。如 PENG 等                   [59]
            重要的作用，因此，人们针对 MXenes 研究了多种                         通过水热氧化制备的 Ti 3 C 2 /TiO 2 复合材料对甲基橙
            机制如离子交换、球内络合等用于吸附放射性核素。                            的降解效果良好。CAI 等          [60] 利用一步水热法使用植
            其中，离子交换反应是 MXenes 捕获金属离子的主                         酸（PA）和 Ti 3 C 2 T x (OH x F 1-x ) 2 成功制备出 PA-MXene
            要机制，带有—O、—OH、—F 终端基团的刻蚀金                           复合材料，该材料对亚甲基蓝和罗丹明 B 的吸附能
            属表面也有助于捕获放射性核素                   [12]  ，如在利用       力均有大幅度提高，PA-MXene 复合材料对亚甲基
                          2+
            Ti 3 C 2 T x 吸附 Ba 时 [54] ，这些基团起到极大作用，这            蓝的吸附容量在 12 个循环后保持在 85%左右，对罗
                                                     2+
            些基团表现出大的吸附容量、巨大的痕量 Ba 去除                           丹明 B 的吸附容量在 12 个循环后保持在 84%左右，
                                                     2+
            性能和可逆的吸附特性，这使得该材料对 Ba 的去                           这充分体现了 MXene 在废水处理中作为吸附材料
                                          2+
            除性能极好，在特定条件下，Ba 的吸附容量可达                            的潜力。HUANG 等       [61] 通过静电纺丝和热处理以及
   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71