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随着社会与经济的发展,人类对水资源的需求日益增大。同时染料合成、印染等工业废水的不断排放给水资源带来严重污染,加剧了水资源短缺。为了改善水污染问题,学者们加强了污水处理科学与技术的研究。MXene作为一种新兴的二维层状结构纳米材料,由于其特殊的结构,在光催化和膜分离等方面表现出显著的优越性。本文首先采用不同方法刻蚀Ti3AlC2获得了层片清晰的MXene,以有机染料的脱色降解作为研究对象,探究了不同添加量的MXene在模拟紫外光、日光和黑暗环境下对刚果红、甲基橙、罗丹明B等不同pH条件下的光催化处理。发现在模拟日光和紫外光条件下,实验所用染料在不同酸碱度时均可发生快速脱色降解。另外,将pH=2和模拟紫外光条件下催化甲基橙染液的MXene多次回收,4 h时三次回收再实验的脱色降解率达到96%以上。这表明MXene-Ti3C2具有可回收性。且该材料在模拟紫外光下辐照时间越长,其光催化性能越强。为了探究MXene对染料的光催化脱色降解机理,本文首先采用密度泛函理论计算了MXene纳米片的半导体特性,结果表明含Ti3C2结构的MXene有很强的金属导电性,没有半导体光催化能力。所以采用SEM、XRD和XPS等对前驱体Ti3AlC2、Ti3C2和高温水热条件下的Ti3C2进行了物相和形貌表征。结果显示,在高温水热条件下,Ti3C2作为内置钛源,生长出了TiO2纳米片,形成TiO2&Ti3C2纳米复合材料,构成了异质结。其中Ti3C2具有强金属性,在实验中起助催化作用。增强了电子空穴对之间的分离,延长了光生载流子的寿命,提高了光催化性。本文采用MXene纳米片作为无机纳米添加剂,以醋酸纤维素(CA)为高分子基体材料,成功制备了一系列综合性能优异的MXene/CA混合基质膜(MMMs)。当MXene质量分数为3%时,在0.3 MPa下测得膜对各染料及盐溶液的截留率为99%(刚果红)、100%(龙胆紫)和89.6%(Na2SO4),截留效果良好。且该膜对Na2SO4的通量相对较高(约4.8 L/m2h)。这表明该膜对染料和无机盐具有优异的分离选择性。另外,将膜静态浸泡在50%N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶液中12天,膜性能没有下降,即经过交联的膜表现出良好的耐溶剂性。另一方面亲水性MXene的引入提高了分离膜的抗污性能。