【摘 要】
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膜分离技术因为可常温操作、无二次污染等优点在水处理中得到了广泛应用,高性能分离膜的制备也愈发重要。MXene作为新型二维纳米材料,由于其亲水性强、层间距可控等优点为制备高性能分离膜提供了条件。目前,提高MXene分离膜截留性能的研究集中于交联、插层等方法,通过减小层间距来提高截留率,不可避免地降低了膜的渗透性能,同时关于减轻MXene膜污染与膜再生的研究较少,为了探究这些问题,本研究利用MXene
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膜分离技术因为可常温操作、无二次污染等优点在水处理中得到了广泛应用,高性能分离膜的制备也愈发重要。MXene作为新型二维纳米材料,由于其亲水性强、层间距可控等优点为制备高性能分离膜提供了条件。目前,提高MXene分离膜截留性能的研究集中于交联、插层等方法,通过减小层间距来提高截留率,不可避免地降低了膜的渗透性能,同时关于减轻MXene膜污染与膜再生的研究较少,为了探究这些问题,本研究利用MXene高导电性的特点,制备出MXene（Ti3C2Tx）导电分离膜,通过增强静电排斥作用,在保持膜渗透性能的情况下提高膜的截留率及缓解膜污染,同时通过提高外加电压实现膜的电清洗再生。主要研究内容与结论如下:（1）通过性能调控制备出约50 nm厚的MXene膜,通过在膜上施加负电压提高膜对荷负电污染物的截留性能,并探究了其作用机理。结果表明,在膜上施加-2 V电压增强了膜对染料（甲基橙、橙黄G、溴甲酚绿、刚果红）、阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠）、抗生素（氨苄西林钠、青霉素钾）和腐殖酸的截留性能。以抗生素为例,-2 V电辅助下,膜能够保持28.0 L/（m~2·h·bar）的纯水通量,同时对氨苄西林钠和青霉素钾的截留率分别提升至45.9%和78.1%,为不加电时的5.7倍和7.0倍。机理研究表明,施加负电增加了膜表面电荷密度,增强了膜与污染物分子之间的静电排斥作用,从而实现了膜对污染物截留率的提升。（2）以腐殖酸模拟天然有机物,通过在MXene膜上施加负电压缓解膜分离过程中的膜污染及对污染后的膜进行电清洗膜再生,并探究了其作用机理。结果表明,在膜上施加-2 V电压分离50 mg/L腐殖酸过程,膜污染得到缓解,稳定阶段的归一化膜通量可达到64.5%,是不加电时的1.40倍;当膜上施加电压增加到-3 V时,能极大程度上消除膜污染,实现膜再生,膜通量恢复率达到92%以上,且不损伤膜。机理研究表明,低电压（-2 V槽压）下道南效应增强,使膜对腐殖酸的静电斥力增大,缓解膜污染;高电压（-3 V槽压）下增强的道南效应与析氢反应共同作用,能够快速实现原位膜再生。
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