MXene衍生微马达动态捕获多环芳烃：土壤高效原位净化的新策略

针对土壤中多环芳烃(PAHs)传质效率低下的难题，研究人员开发了基于MXene衍生的TiO2/MnO2/MnFe2O4-βCD（TMMF-βCD）自驱动微马达。通过耦合气泡推进与β-环糊精（βCD）主客体络合效应，实现菲（PHE）动态捕获效率提升38.78倍，在2-20 mg kg-1浓度范围内保持90%以上去除率，为土壤修复提供创新解决方案。

　　

随着工业化和城市化进程加速，土壤中多环芳烃（PAHs）污染已成为重大环境健康威胁。这类具有强致癌性的持久性污染物，传统处理方法如高级氧化工艺（AOPs）存在催化剂回收困难、反应条件苛刻等问题，而生物修复又面临周期长、副产物风险高的困境。尤其当PAHs浓度低于20 mg kg^-1时，现有技术效率普遍不足50%。如何突破异质土壤环境中传质限制，实现PAHs高效靶向去除，是环境工程领域的重大挑战。

中国矿业大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表创新成果，将二维材料MXene与微马达技术相结合，开发出具有自主运动能力的TMMF-βCD微马达系统。通过Ti₃C₂T_x MXene热退火转化为多层TiO₂基底，原位生长MnO₂催化层并负载磁性MnFe₂O₄纳米颗粒，最终修饰巯基化β-环糊精（βCD-SH），构建出兼具自主推进、磁控回收和PAHs特异性捕获功能的智能材料。该系统在4 mg kg^-1菲（PHE）污染土壤中实现98.82%去除率，较静态微马达提升4.77倍，为低浓度PAHs治理提供新范式。

研究采用四大关键技术：1）MXene热转化与MnO₂水热生长构建微马达骨架；2）磁性MnFe₂O₄修饰实现磁控回收；3）βCD-SH功能化增强PAHs亲和性；4）原位电化学阻抗谱（in-situ EIS）结合动态弛豫时间分布（DRT）实时监测污染物捕获动力学。

【材料制备】通过LiF/HCl溶液蚀刻Ti₃AlC₂获得Ti₃C₂T_x MXene，经500℃空气退火转化为TiO₂多层结构，再通过KMnO₄水热反应在表面生长MnO₂纳米片。MnFe₂O₄的负载使微马达具有磁响应性，而βCD-SH通过Mn-O-S键固定，其疏水空腔与PHE产生主客体相互作用。

【性能验证】在H₂O₂燃料驱动下，微马达产生O₂气泡实现每秒300微米级运动。DRT分析显示，运动状态下微马达与PHE接触频率提升5.2倍，证实自主运动有效克服土壤孔隙传质限制。

【去除效能】UV光谱定量表明，动态微马达对20 mg kg^-1 PHE的8小时去除率达94.15%，较未修饰微马达提升38.78倍。βCD空腔对PHE的包合常数达1.24×10⁴ M^-1，且MnFe₂O₄赋予材料10次循环使用后仍保持85%效率的稳定性。

该研究突破性地将材料化学与微纳机器人技术融合，通过"运动增强传质-特异性捕获-磁控回收"三位一体策略，解决土壤修复中扩散限制这一核心瓶颈。微马达在运动状态下每单位时间接触污染物数量是静态条件下的17.3倍，验证自主运动对异质环境治理的关键价值。未来通过调控MXene衍生材料的组分比例，可进一步拓展其在多氯联苯、农药等疏水性污染物治理中的应用前景，为智能环境修复材料设计提供新思路。