基于静电自组装的胺化Fe3O4@MXene层状膜构建及其染料/盐选择性分离机制研究

本综述创新性地提出通过APTES胺化修饰Fe3O4纳米颗粒，与MXene（Ti3C2Tx）通过静电自组装构建复合纳滤膜（NF），成功实现136.6 L/(m2·h)的高通量和99.9%染料截留率，突破传统膜材料渗透性与选择性间的trade-off效应，为高盐染料废水资源化处理提供新策略。

　　

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Materials

MXene（Ti₃C₂T_x）纳米片通过MILD法从MAX相前体制备，平均横向尺寸约700 nm。3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES, 99%）和球形Fe₃O₄纳米颗粒（~20 nm, 99%）购自阿拉丁工业公司。无水乙醇（C₂H₅OH, AR）和硫酸钠（Na₂SO₄）等化学品均为分析纯。

Characterization of NH₂-Fe₃O₄ Nanoparticles

图2(a)展示了Fe₃O₄和NH₂-Fe₃O₄纳米颗粒的红外光谱（FT-IR）。Fe₃O₄在3162 cm^-1和590 cm^-1处出现特征吸收峰，分别对应表面羟基（-OH）和Fe-O键的伸缩振动。而NH₂-Fe₃O₄在1002 cm^-1处出现新吸收峰，归因于Si-O-Si和Si-O键的振动，表明APTES发生水解并与Fe₃O₄表面羟基形成共价键接枝。

Conclusions

本研究通过胺化Fe₃O₄纳米颗粒与MXene纳米片间的静电自组装，成功构建了具有规整层状结构的MXene/NH₂-Fe₃O₄复合膜。APTES修饰在Fe₃O₄表面嫁接-NH₂官能团，增强其表面正电荷和界面相容性。NH₂-Fe₃O₄的插层有效调控MXene层间距，协同尺寸排阻（size exclusion）、静电排斥（electrostatic repulsion）和唐南效应（Donnan effect）实现染料/盐的高效分离。