MXene-多壁碳纳米管复合吸附剂的制备及其对碱性蓝3染料的高效去除研究

《Scientific Reports》：Fabrication of three-dimensional MXene-MWCNT composite for the swift removal of cationic BB3 Dye from aqueous solution

　　

摘要

合成染料对水生生态系统的污染是一个重大环境问题，因其有害特性和持久性而引起关注。碱性蓝3 (BB3) 是一种芳香族染料，因其致癌特性而构成重大危害，因此需要高效的去除技术。研究能够有效去除废水中污染物的多功能材料对于生态恢复具有重要意义。本研究开发了一种MXene-多壁碳纳米管 (MXene-MWCNT) 复合吸附剂，用于从水溶液中去除BB3染料。通过HF-H2O2蚀刻Ti3SiC2 MAX相制备多层MXene，然后通过溶剂热法制备MXene-MWCNT复合材料。采用X射线衍射 (XRD)、场发射扫描电子显微镜 (FESEM)、Brunauer-Emmett-Teller (BET)、拉曼和红外 (IR) 光谱技术对合成复合材料进行分析，表明MWCNT与MXene纳米片有效结合。BET研究显示，MXene-MWCNT保持介孔结构 (39.46 ?)，比表面积 (SSA) 为15.37 m2 g?1。该吸附剂表现出快速有效的BB3去除能力，在27分钟内达到99%的去除率，吸附容量为217 mg g?1。吸附动力学符合伪二级动力学模型。吸附等温线分析表明与Langmuir模型相关性很强 (R2 = 0.9996)，表明发生单层吸附。热力学分析表明吸附过程是自发的且为吸热反应。静电吸引、氢键和π-π堆积作用主导了BB3分子与MXene-MWCNT官能团之间的吸附机制。该复合材料在五次再生循环后仍保持超过90%的去除效率，证实其具有显著的再利用率。这些发现表明，MXene-MWCNT纳米复合材料在从水溶液中去除BB3方面具有潜力。