MXene材料可以有效地吸收汞污染

研究人员估计,汞排放在大气中自工业革命以来翻了两番。燃烧化石燃料产生的重金属、工业和医疗废物的处置,已经变得如此持续在水生环境中,美国食品和药物管理局建议大约六个鱼类汞-污染,人们应该避免使用它们。研究人员多年来一直在为从水中移除汞开发系统。但德雷克塞尔大学团队可能已经找到了合适的材料有效地捕捉规避水银——甚至在低水平——和清理污染的水域。

从水中移除汞的众多方法,吸附-化学吸引和去除污染物的过程是最有前途的技术由于其相对简单,效率和低成本,根据德雷克塞尔工程学院教授Masoud Soroush博士,他的实验室正在开发一种新的吸附技术。

“现代吸附剂,如树脂、介孔二氧化硅、硫属化合物,和介孔碳,有更高的效率比传统的吸附剂,如活性炭、粘土、沸石和低亲和力对汞和低能力,“Soroush说。“然而,这些材料的问题,是他们的mercury-removal效率仍然很低,他们无法低汞水平小于1部分每十亿。”

Soroush从德雷克塞尔和天普大学的研究团队研究了合成和使用一个基团,碳化钛MXene汞去除。MXenes家族的二维纳米材料,德雷克塞尔十几年前被发现,展示了许多特殊的性质。球队最近报道的结果《有害物质。

对汞离子去除,碳化钛MXene的优势,根据Soroush,是其带负电荷的表面和表面化学的可调谐性和多功能性,对重金属离子去除呈现MXene吸引力。因为这些属性和MXene的分层结构,碳化钛MXene-based材料表现出优越的性能气体分离,把盐从水,杀死细菌,肾透析。

“我们知道2 d的材料,如石墨烯氧化物和二硫化钼,以前有效的去除重金属废水通过吸附,因为他们的化学功能/结构吸引金属离子,“Soroush说。“MXenes类似的材料,但我们估计碳化钛MXene可能比其他材料更大的吸收能力,因此成为一个更好的汞离子吸附剂。”

但Soroush的团队需要一个关键调整碳化钛MXene进一步提高材料的化学结构对其最具挑战性的任务之一。

“水星叫做水银是有原因的——很回避一旦排放到环境中,无论是通过燃烧化石燃料,采矿、或垃圾焚烧,“Soroush说。“它迅速改变其化学形式——增加其毒性和使它非常难以去除身体的水,它不可避免地积累。所以,吸引汞离子更快我们需要修改的表面碳化钛MXene片。”

之间有一个自然景观汞离子和碳化钛MXene表面,金属离子,如汞,带正电,MXene片的表面带负电荷。但是,将汞离子的水更强烈的团队需要提高这种吸引力。为此,他们对待MXene片与氯乙酸-这一过程被称为羧化作用提供高度流动的MXene,强大的羧酸团体和增加MXene-flakes表面负电荷,改善薄片的能力来吸引和留住汞离子。

结果是一种新的吸附剂材料-羧酸盐钛硬质合金MXene,证明更快mercury-ion吸收能力大于商业化吸附剂,研究人员称。

“羧酸盐钛硬质合金MXene证明是远远优于吸附剂材料目前用于mercury-ion删除,“Soroush说。“在一分钟它能够去除95%的汞离子从水样本污染浓度的50 ppm,这意味着它可以有效和高效的足够的用于大型污水处理。”

在五分钟,碳化钛MXene和羧酸盐钛硬质合金MXene移除98%的汞离子从10-milliliter水样含有汞离子浓度在1和1000 ppm。

“这表明[MXene]和[羧酸盐MXene)是有效的吸附剂去除汞离子废水由于其特殊的结构特性和表面官能团密度高,”该研究小组写道。“一般情况下,金属离子的吸附机理遵循两个步骤;首先,可用离子快速吸附在活跃的网站,和过程是迅速的。慢吸附过程的吸附网站填满,和所需的离子扩散到毛孔和夹层。”

发展是重要的在战斗中含有汞污染,已经变得如此普遍,卫生当局建议避免吃某些种类的鱼。努力控制汞释放的燃烧化石燃料已经证明如此具有挑战性的减少对燃料的依赖自己。而转移污染能源的终极解决方案,防止重金属的释放,像水银一样到环境中,Soroush表明这个突破可能会带来新的可能性为清理的污染已经创建。

“我们设想,利用羧酸盐MXene技术去除重金属离子,”他说。“除了使用羧酸盐MXene作为吸附剂,实现这一目标的另一种方法是与羧酸盐制造过滤器涂布或嵌入式MXene。”

参考:Isfahani美联社,Shamsabadi AA, Alimohammadi F, Soroush m .高效的除汞使用羧酸盐从水溶液Ti3C2Tx MXene。j .风险。母亲。2022;434:128780。doi:10.1016 / j.jhazmat.2022.128780

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