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  隨著工業(yè)化與城市化的加速推進(jìn)，能源危機(jī)與環(huán)境污染成為全球面臨的重大挑戰(zhàn)。特別是有機(jī)染料廢水的排放，不僅污染了寶貴的水資源，還對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了不可逆轉(zhuǎn)的影響。這些廢水中含有的兩性污染物（如酸性和堿性染料）因其復(fù)雜的化學(xué)結(jié)構(gòu)和廣泛的pH適應(yīng)范圍，給傳統(tǒng)處理方法帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，開發(fā)一種能夠有效應(yīng)對(duì)不同pH條件下污染物的新型材料顯得尤為迫切。

圖1. pH響應(yīng)性PHGC/MXene水凝膠吸附染料的摘要圖

  染料廢水中的兩性污染物具有不同的電荷特性，在不同的pH環(huán)境下表現(xiàn)出不同的溶解性和吸附行為。傳統(tǒng)的處理技術(shù)如物理沉降、化學(xué)氧化等往往難以同時(shí)兼顧多種條件下的高效去除。pH響應(yīng)性材料能夠在特定pH值下發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)污染物的選擇性吸附或釋放。這種智能響應(yīng)特性為解決復(fù)雜廢水處理問題提供了新的途徑。

  長(zhǎng)沙理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張躍飛教授/李焰副教授研究團(tuán)隊(duì)通過合成基于MXene復(fù)合L-半胱氨酸接枝HEMA（PHGC/MXene）的三維水凝膠，成功開發(fā)了一種具有優(yōu)異pH響應(yīng)性的吸附劑（Chemical Engineering Science, 2024, 300, 120648）。該材料不僅能在不同pH條件下高效去除染料，還能保持良好的循環(huán)穩(wěn)定性，為染料廢水凈化提供了一個(gè)創(chuàng)新且高效的解決方案。

圖4. PHGC/MXene水凝膠的循環(huán)利用性和吸附選擇性

  實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在酸性條件下(pH=2.0)，PHGC/MXene對(duì)AB93的最大吸附量達(dá)到207.47 mg/g；而在堿性環(huán)境下(pH=11.0)，對(duì)于MB的最大吸附容量更是高達(dá)555.56 mg/g。這種顯著的選擇性吸附特性使得該材料能夠針對(duì)特定類型的污染物進(jìn)行高效處理。經(jīng)過多次脫附-再生循環(huán)后，PHGC/MXene仍然保持了超過90%的染料去除率，表明其具有出色的重復(fù)使用性能。動(dòng)態(tài)固定床測(cè)試證實(shí)了PHGC/MXene在連續(xù)流系統(tǒng)中的優(yōu)異表現(xiàn)，適用于大規(guī)模廢水處理工程。分子動(dòng)力學(xué)模擬揭示了PHGC/MXene與染料分子之間存在的靜電吸引及氫鍵等相互作用力，從而實(shí)現(xiàn)了高效的捕獲與分離過程。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120648