华南理工大学王海辉教授团队Angewandte Chemie: 高长径比的二维MXene膜高效分离抗生素溶液

由于对生态系统和人类健康潜在的危害，自然环境和医药废水中的抗生素治理越来越受到世界各地关注。相关研究表明含量低至ppm级（百万分之一）甚至ppb级（十亿分之一）的抗生素都能对环境中的生态系统造成灾难性的后果，带来诸如抗药性的超级病菌。并且某些抗生素对自然水体里的水生生物具有很强的毒性。许多国家都对含抗生素的污水制定严格的排放标准。因此发展高效的分离抗生素分离方法是大家急切期待的。当前抗生素污水处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问题;（2）化学氧化，产生的副产物安全问题没有得到解决; (3) 聚合物纳滤膜，被认为是一个很有前景的分离技术。由于抗生素吸附导致的膜污染，严重影响膜的通量和长期操作稳定性，而且膜孔结构不规则需要牺牲通量来提高分离能力。

针对上述问题，华南理工大学王海辉教授与德国汉诺威大学Jürgen Caro教授，报道了一种高长径比的二维Ti₃C₂T_x MXene抗生素污水分离膜。相关论文近期发表于Angewandte Chemie International Edition (《德国应用化学》)。在这项研究中，采用高长径比的Ti₃C₂T_x纳米片构筑了一种高度规整的层间通道的二维膜，在处理水溶性抗生素还是乙醇溶解的抗生素体系都能表现出很高的分离性能。在相近截留性能下与有机纳滤膜相比，该膜渗透通量提高一个数量级以上。高长径比纳米片构造的规整的亚纳米层间通道是性能提高的主要原因。无论面对水溶液还是乙醇溶液，该膜都表现出色的抗污染能力和操作稳定性，这应该膜表面的亲水官能团造成的。以上研究为设计高效分离片层膜方面提供很好的指导意义。具体实验过程和相关数据如图所示。

图一，Ti₃C₂T_x纳米片结构和形貌表征。

图二，Ti₃C₂Tx片层膜结构表征。

图三，Ti₃C₂T_x膜处理水溶性和醇溶性抗生素体系的分离性能。

图四，抗生素分离性能对比和MXene膜分离机理解释。

该文章第一作者为在读博士生李中坤，共同通讯作者为华南理工大学的王海辉教授和魏嫣莹研究员、德国汉诺威大学Jürgen Caro教授。华南理工大学为该论文的第一单位。

文章题目：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*

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202002935

资助来源：国家自然科学基金委，广东省自然科学基金委。