CD 嵌入聚酯网络助力 Ti3C2Tx MXene 膜高效脱盐，突破海水淡化难题

当前，二维（2D）材料基纳滤（NF）膜在海水淡化时，存在脱盐率、透水性和稳定性难以平衡的问题。研究人员制备了含环糊精（CD）嵌入聚酯网络的 Ti3C2Tx MXene 膜。该膜脱盐性能优异，为海水淡化提供新方案。

　　在水资源日益短缺的当下，海水淡化成为获取淡水资源的重要途径。膜基淡化技术，尤其是纳米过滤（NF），因其节能、成本效益高和分离性能出色备受关注。二维（2D）材料，如氧化石墨烯（GO）、二硫化钼（MoS?）和金属有机框架（MOFs）等，凭借独特的层状结构、超薄特性和可调节的层间距，成为构建层状 NF 膜的热门材料，有望实现精准的离子筛分和高效的水传输。

然而，2D 材料基 NF 膜在实际应用中面临诸多挑战。一方面，材料层间存在强范德华力，导致层间堆叠，有效透水性大幅降低；另一方面，在高盐浓度和长期运行条件下，膜在水环境中易膨胀，机械和操作稳定性受损。此外，其单层二维结构缺乏精确分离盐离子所需的选择性，难以达到理想的淡化效率。就拿 MXene 来说，它虽具有独特的层状结构、出色的导电性、高化学稳定性以及丰富的表面官能团，在膜分离领域展现出一定潜力，但上述问题同样制约着它在高效海水淡化中的应用。因此，开发一种能提升 2D 材料基膜性能的方法迫在眉睫。

为解决这些难题，来自国内研究机构的研究人员开展了一项针对海水淡化膜的研究，并将成果发表在《Desalination》上。研究人员通过均苯三甲酰氯（TMC）诱导的界面交联，在 Ti₃C₂T_x MXene 膜的层间构建了嵌入环糊精（CD）的聚酯网络。这一创新举措不仅促进了 MXene 纳米片层间稳定交联的形成，还显著提升了膜的脱盐性能，为海水淡化提供了高性能的解决方案。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过扫描电子显微镜（SEM）和 X 射线衍射（XRD）对 Ti₃C₂T_x MXene 进行表征，观察其微观结构和晶体结构变化；其次，采用分子动力学（MD）模拟，深入探究制备膜纳米通道内 Na⁺和 Mg²⁺的传输机制。

下面来详细看看研究结果：

• Ti₃C₂T_x MXene 表征：利用 SEM 观察到，前驱体 Ti₃AlC₂粉末呈现紧密堆叠的层状结构，蚀刻后，Ti₃C₂T_x MXene 纳米片清晰可见，层间距增大。XRD 分析显示，选择性蚀刻 Al 层后，对应（101）、（105）和（110）晶面的特征峰在 2θ 为 39°、41° 和 60° 处消失，同时（002）峰从 Ti₃AlC₂中的约 9.5° 发生偏移。这一系列变化表明成功制备出了 Ti₃C₂T_x MXene 纳米片。
• 脱盐性能研究：研究人员对比了使用相同剂量 α-CD、β-CD 和 γ-CD 修饰的膜。结果发现，嵌入 5mg α-CD 的膜脱盐性能最佳，对 MgSO₄、Na₂SO₄、MgCl₂和 NaCl 的截留率分别为 93.96%、93.00%、85.88% 和 76.25%，水渗透率在 93.00 - 149.06 L?m^?2·h^?1·bar^?1之间。并且，所有膜对不同盐的截留率均呈现 R（MgSO₄）> R（Na₂SO₄）> R（MgCl₂）> R（NaCl）的趋势。
• 离子传输机制探究：借助 MD 模拟，研究人员进一步探索了制备膜纳米通道内 Na⁺和 Mg²⁺的传输机制，为深入理解膜的脱盐性能提供了理论依据。

研究结论表明，CD/TMC 聚酯网络成功嵌入 Ti₃C₂T_x MXene 膜的层间，所制备的 α-M3、β-M3 和 γ-M3 膜展现出优异的脱盐性能，其中 α-M3 膜性能最为突出。这一研究成果为设计基于二维 Ti₃C₂T_x MXene 的高性能淡化膜提供了简单有效的策略，通过引入 CD/TMC 界面交联到二维层状结构膜中，为海水淡化领域开辟了新方向，有望推动海水淡化技术的进一步发展，缓解全球水资源短缺问题。