華南理工大學王海輝教授團隊Angewandte Chemie: 高長徑比的二維MXene膜高效分離抗生素溶液

由于對生態系統和人類健康潛在的危害，自然環境和醫藥廢水中的抗生素治理越來越受到世界各地關注。相關研究表明含量低至ppm級（百萬分之一）甚至ppb級（十億分之一）的抗生素都能對環境中的生態系統造成災難性的后果，帶來諸如抗藥性的超級病菌。并且某些抗生素對自然水體里的水生生物具有很強的毒性。許多國家都對含抗生素的污水制定嚴格的排放標準。因此發展高效的分離抗生素分離方法是大家急切期待的。當前抗生素污水處理主要采用一下方法：(1) 物理吸附，但是存在吸附容量和速率的平衡問題;（2）化學氧化，產生的副產物安全問題沒有得到解決;?(3) 聚合物納濾膜，被認為是一個很有前景的分離技術。由于抗生素吸附導致的膜污染，嚴重影響膜的通量和長期操作穩定性，而且膜孔結構不規則需要犧牲通量來提高分離能力。

針對上述問題，華南理工大學王海輝教授與德國漢諾威大學Jürgen Caro教授，報道了一種高長徑比的二維Ti₃C₂T_x?MXene抗生素污水分離膜。相關論文近期發表于Angewandte Chemie International Edition?(《德國應用化學》)。在這項研究中，采用高長徑比的Ti₃C₂T_x納米片構筑了一種高度規整的層間通道的二維膜，在處理水溶性抗生素還是乙醇溶解的抗生素體系都能表現出很高的分離性能。在相近截留性能下與有機納濾膜相比，該膜滲透通量提高一個數量級以上。高長徑比納米片構造的規整的亞納米層間通道是性能提高的主要原因。無論面對水溶液還是乙醇溶液，該膜都表現出色的抗污染能力和操作穩定性，這應該膜表面的親水官能團造成的。以上研究為設計高效分離片層膜方面提供很好的指導意義。具體實驗過程和相關數據如圖所示。

圖一，Ti₃C₂T_x納米片結構和形貌表征。

圖二，Ti₃C₂Tx片層膜結構表征。

圖三，Ti₃C₂T_x膜處理水溶性和醇溶性抗生素體系的分離性能。

圖四，抗生素分離性能對比和MXene膜分離機理解釋。

該文章第一作者為在讀博士生李中坤，共同通訊作者為華南理工大學的王海輝教授和魏嫣瑩研究員、德國漢諾威大學Jürgen Caro教授。華南理工大學為該論文的第一單位。

文章題目：Antibiotics separation with MXene membranes based on regularly stacked high-aspect-ratio nanosheets

作者列表：Zhong-Kun Li, Yanying Wei*, Xue Gao, Li Ding, Zong Lu, Junjie Deng, Xianfeng Yang, Jürgen Caro* and Haihui Wang*

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002935

資助來源：國家自然科學基金委，廣東省自然科學基金委。