木质素插层MXene杂化膜的设计及其高效水净化性能研究

针对传统聚合物膜渗透性与选择性难以兼顾的问题，天津科研团队通过酶解木质素(EHL)插层调控Ti3C2Tx(MXene)纳米片层间距，构建了具有三维网络结构的杂化膜。该膜水通量提升3倍，对亚甲基蓝(MLB)截留率达95%，为废水处理提供了新型绿色解决方案。

　　

随着全球水资源短缺加剧，膜分离技术因其高效低耗成为解决水危机的关键手段。然而传统聚合物膜面临"渗透性-选择性"的权衡难题，二维(2D)材料虽能通过纳米通道实现分子筛分，但层间距过小限制了污染物扩散。MXene作为新兴二维材料，虽具有表面官能团丰富(-OH/-F/-O)的优势，却易发生堆叠氧化。自然界中广泛存在的酶解木质素(EHL)因其三维网状结构和大量羟基，成为理想的生物改性剂。

天津研究团队创新性地将EHL与Ti₃C₂T_x复合，通过真空辅助过滤法制备杂化膜。研究采用TEM、XRD等技术表征材料，通过调控MXene/EHL质量比(1:0.5至1:2)优化性能。结果表明EHL通过氢键和π-π堆积扩大层间距至1.61 nm，水通量达61.22 L bar^-1 m^-2 h^-1，对MLB截留率超95%。电荷相互作用和尺寸筛分协同作用使膜具备优异抗污染性，经多轮过滤仍保持稳定性能。

材料与仪器
研究使用Ti₃AlC₂为原料经HCl/NaF蚀刻制备MXene，与商业EHL按不同比例复合。通过Zeta电位、接触角测试表征表面特性，采用错流过滤系统评估分离性能。

Ti₃C₂T_x基纳米片表征
TEM显示EHL有效阻止MXene堆叠，XRD证实层间距从0.98 nm增至1.61 nm。FT-IR证明EHL的-OH与MXene形成氢键网络，接触角从58°降至32°表明亲水性显著提升。

结论
该研究开创性地利用生物质EHL调控MXene膜结构，突破传统膜材料性能瓶颈。尺寸筛分与电荷排斥的协同机制为设计高效分离膜提供新思路，木质素的可降解性更赋予材料绿色环保优势。

这项发表于《Separation and Purification Technology》的成果，不仅为废水处理提供新型解决方案，更拓展了生物质-二维材料杂化体系的应用前景。通过精确调控纳米级层间距，实现了水通量与截留率的双重突破，对发展可持续水处理技术具有重要指导意义。