北京理工大学Kening Sun课题组--二维MXene结合的氧化石墨烯复合膜具有增强的净水性能

氧化石墨烯（GO）膜在水性应用（例如水处理）中的不稳定性和低渗透性的局限性代表了其广泛应用的重大障碍。在本文中，我们描述了一种基于GO和MXene的新型复合膜的开发和测试。GO/MXene膜的独特异质结构在底物排斥和渗透性方面表现出协同效应，其随GO和MXene的相对比例而变化。由于其有利的二维（2D）层间通道和亲水性，在相同的实验条件下，与参考GO膜（6.5 L m^-2 h^-1.bar^-1）进行比较，GO/MXene质量比为1/4的复合膜（约550 nm）表现出更大的水通量（71.9 L m^-2 h^-1.bar^-1）。而且，复合膜在水中超过一个月显示出优异的稳定性。发现常见的小分子有机染料（NR、MB、CV、BB）的排斥率超过99.5％，并且在原水中的两种代表性类型的天然有机物（HA和BSA）具有相似的优异去除效率。与参比GO膜相比，GO/MXene复合膜的水通量更高，这主要归因于膜的层间间距适度增加和含氧官能团的减少。

Figure 1. （a）GO/MXene复合膜的制造工艺示意图。GO和MXene纳米片的特性：（b）GO和（c）MXene的XRD光谱图，插图为相应的拉曼光谱；（d）GO和（e）MXene的AFM分析

Figure 2. （a）质量比为1/1的GO/MXene复合膜的横截面SEM图像；（b）GO的表面、（c）GO/MXene的表面和（d）MXene膜的SEM图像（比例尺，1μm）

Figure 3. GO/MXene复合膜的理化特性：（a）水接触角的变化；（b）随着MXene含量的增加，GO/MXene膜的红外光谱；随着MXene含量的增加，GO/MXene膜在干态（c）和湿态（d）的XRD分析。

Figure 4. GO/MXene复合膜的过滤性能：（a）通量随GO/MXene比的变化，插图：通量随压力梯度（ΔP）的变化；（b）几种染料（CG、NR、MB、CV、BB）的底物截留率随GO/MXene比的变化，插图：以质量比过滤通过复合膜过滤之前（顶部）和之后溶解在水中染料的照片1/4（中）和纯MXene膜（底部）。

相关研究成果于2020年由北京理工大学Kening Sun课题组，发表在Journal of Membrane Science（2020, 593, 117431）上。原文：Two-dimensional MXene incorporated graphene oxide composite membrane with enhanced water purification performance。