|MXenes 作为去除废水染料的新兴材料的综述（二）( 五 )

7.MXenes用于水净化技术
MXenes是一种新型的二维过渡金属碳化物/氮化物或碳氮化物，由M.W. Barsoum和Y.Gogotsi于2011年在德雷塞尔大学首次发现。 MXenes由公式Mn+1XnTX (n = 1-3)表示。它们是从MAX相(Mn+1AXn)中获得的，其中M是早期过渡金属， X是碳和/或氮， A代表12至16族的元素， x是表面官能团的数量， T是表面终止基团(即O、OH和F) 。成功制备了超过30种MXenes ，包括 Ti3C2TX、Ti2CTX、Nb4C3TX、Ti3CNTX、Ta4C3TX、Nb2CTX、V2CTX、Nb4C3TX和MO2C ，此外理论上预测了几种MXenes 。 MXenes具有独特的结构组成特性，例如大的可及表面积（高达347 m2/g）、活化位点、表面功能、电导率（~6500 S/m）和亲水性，以及易于从廉价前体制备。 MXenes可以使用旋涂/喷涂、喷漆、印刷、冲压和电泳以及真空过滤方法与各种碳质材料、金属和聚合物功能化或集成，以形成基于MXene的复合材料、膜和电极，用于大规模净水。 MXenes成分（即带有碳或氮的过渡金属）是环保的、生物相容的，并且它们的降解没有危害影响。
7.1.用于去除染料的MXenes
纺织、化妆品、油漆、涂料、塑料、制药、制革等行业将含有机（即蒽醌、偶氮、活性、分散、酸性染料）和中性染料的废水排入水中或地下，对人体造成无限危害植物、土壤和环境，以及人类疾病（即致癌、异生物质和致瘤）。为不同行业合成超过7 x 105吨/年的染料；这些染料中有2%在制造过程中作为废水排放，而28.5%则在纺织工业的废水中流失，其中大部分是不可生物降解的。催化降解和吸附是最有前途的废水修复技术，因为它们具有简单、高效、成本低和环境友好的操作条件。吸附、催化降解、电化学和膜过滤是当前MXenes去除染料的技术。 MXenes吸附剂具有优异的表面积、多层结构、表面官能团和丰富的有机、无机和混合污染物吸附位点，除了MXenes可以进行快速离子交换和原位还原染料。 MXenes膜具有令人印象深刻的机械性能、柔韧性、明确的层间距、狭缝状通道、亲水性、抗菌和防污性能，相对于传统膜而言是首选。 MXenes光催化剂具有有利的费米能级位置、优异的导电性和丰富的电子密度，这赋予了染料的催化降解。 MXenes与半导体结合可以形成异质结结构，有效分离和转移光生载流子。
7.2.MXenes去除染料的局限性
MXenes的不稳定性（即在CO2、空气和其他环境下），尤其是 Ti3C2 ，这是报道最多的水处理，阻碍了它们的大规模应用，这可能会被葡萄糖、多巴胺、透明质酸和聚乙二醇(PEG)以提高耐用性。 Nb2C用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性， Ta4C3用大豆磷脂进行表面调整。值得注意的是，很少有MXenes用于废水处理，尤其是染料去除，因此利用其他MXenes来破译结构-性能关系并确定它们的可靠性、寿命和处理后的机制非常重要。
MXenes对环境、人类和其他生物体毒性的综合生命周期分析和评估尚未解决，这限制了MXenes在染料去除中的利用。 MXenes的表面改性是提高MXenes的生物相容性和减少对水生生物群和生态系统的细胞毒性作用的有效方法。与人皮肤恶性黑色素瘤细胞(A375)、人永生化角质形成细胞、人乳腺癌细胞(MCF-7)和乳腺上皮细胞(MCF-10A)相比，用胶原蛋白修饰的MXenes（即 Ti3C2和Ti2C）显示出较低的毒性和出色的细胞活力相对于未修饰的MXene 。在相同质量下， Ti3C2量子点对人脐静脉内皮细胞的毒性高于Nb2C 。 Ti3C2TX对人类癌细胞的生物活性，包括肺泡基底上皮细胞(A549)和A375 ，除正常人正常肺细胞(MRC-5)和HaCaT外， HaCaT对癌细胞的毒性高于正常细胞。使用斑马鱼胚胎模型研究了Ti3C2TX对生态系统的体内毒性，揭示了 Ti3C2TX (100 μg mL-1)的安全作用。需要更多的研究来调查MXenes对生物体的毒性，以安全地设计和处置含MXene的材料。 MXenes吸收剂、电极和mebraones的大规模制备是限制MXenes在局部和大规模水处理应用中应用的关键问题。 MXenes的制造过程仍然复杂，包括多个反应步骤、危险化学品和特殊预防措施，此外与最初使用的前体相比，生产产量低，这阻碍了MXenes用于颗粒水的应用
八、结论及未来展望：
本综述重点介绍了MXenes作为吸附剂、膜、光催化剂和催化剂在废水中去除染料方面的最新进展。各种MXenes（即Zr3C2TX、Nb4/3CTX、W4/3CTX、Nb4C3TX、V4C3TX和MO2TiC2TX）是使用各种蚀刻剂合成的，例如HF（1、5、10、35、48和50%）、NH46HF2和HCl 12 M)+ LiF (0.6-5 g) ，和NaF/LiF/KF 。 Naf/LiF/KF蚀刻剂对于快速（约0.5小时）生产MXene ，尤其是Ti4N3TX是最有效的。 HF (50 %)是最常见的蚀刻剂，相对于其他蚀刻剂进行了广泛的研究，但其危险性需要长时间（1小时至165小时）并使用有机分子（即DMSO、TBAOH、肼、尿素和异丙胺）进行额外嵌入。相对于水浴超声，探头超声产生的MXene薄片尺寸更小，但超声参数（即频率、功率和振幅）需要优化。