二维Ti3C2Tx海藻酸盐层状膜用于离子筛分

文章来源：北科新材浏览次数：4837时间：2021-06-19 QQ学术交流群：1092348845

一、文章概述

二维膜由于其异常的输运现象而引起了人们的广泛关注，然而，二维膜的离子分离性能却低于人们的理论预测。提高离子选择性的关键步骤是需要稳定的d间距。所以，文章作者给我们演示了一种通过海藻酸盐水凝胶柱来稳定Ti3C2Tx层流结构的策略，在用了海藻酸盐连接后，纳米通道直径有效地固定在7.4±0.2Å。

二维膜对价阳离子具有渗透截止和突出的筛分性能。具有相同d-间距的超薄海藻酸锰柱撑膜的Na2SO4含量为100%，水渗透率高，它优于最先进的纳滤膜。基于这些发现，文章中作者演示了一种有效调整离子的选择性的方法，提供了一个针对能源和环境相关应用的新视角。

二、图文导读

图1.二维层状Ti3C2Tx海藻酸盐膜制备示意图。

在海藻酸钠(SA)溶液与Ti3C2Tx胶体溶液混合后，SA分子通过氢键牢固而均匀地附着在纳米片表面。然后，将复合材料SA-Ti3C2Tx纳米片组装成具有层状结构的混合SA-Ti3C2Tx膜。最后，将SA-Ti3C2Tx膜浸入不同的多价Mn离子的交联溶液(Ca2+、Ba2+、Mn2+和Al3+)中，获得层间间距中的水凝胶柱的交联膜。

图2 .Ti3C2Tx纳米片和钙-SAT膜的表征。

如图所示，沉积在硅基底上的Ti3C2Tx纳米片的SEM图像（刻棒为1μm）；Ca-SAT膜横截面的SEM图像（比例尺为1μm）；Ca-SAT膜的EDS元素贴图（比例尺为1μm）。

图3.原有的层间间距和柱状Ti3C2Tx膜。

XRD图案和柱状图所示的是原膜和Ca-SAT膜分别浸入纯水或各种0.5molL⁻¹盐溶液中的层间间隔。

图4.RMFs和T-RMFs的光热转换。

图A是渗透到原膜和Ca-SAT膜中的钠离子的数量；图B是不同盐的原始和盐膜的渗透率。

三、全文总结

文中，首先评估了稳定的层间间距对由钙-海藻酸盐凝胶连接的Ti3C2Tx膜的离子传输行为的影响，并与原始膜进行了比较。在Ca-SAT和原始膜的浓度驱动扩散下，离子浓度随时间大约呈线性增加，单价和二价阳离子在通过柱状Ca-SAT膜扩散时都显示出明显的加速，并且PR的增加随不同的值而变化。特别是，单价阳离子的渗透率提高了原始Ti3C2Tx膜的近三倍，并且仍然保持着最高的PR。

对纳米流体的广泛研究表明，水合离子在极有限环境下的尺寸排斥效应一般不能根据离子直径与传输通道尺寸的比较来考虑。尽管理论研究表明，直径为小于10Å的纳米孔应该表现出显著的能垒，因为离子周围的水合物外壳可能会变形，甚至可能被完全剥离，以便离子可以进入并运输到纳米密闭空间。

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