Self-Crosslinked MXene (Ti3C2Tx) Membranes with Good Antiswelling Property for Monovalent Metal Ion Exclusion

材料科学 渗透 层状结构 金属 热稳定性 肿胀 的 水溶液中的金属离子 离子 化学工程 化学 有机化学 复合材料 生物化学 工程类 冶金
作者
Lu Zong,Yanying Wei,Junjie Deng,Li Ding,Zhongkun Li,Haihui Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (9): 10535-10544 被引量:317
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b04612
摘要

A 2D membrane-based separation technique has been increasingly applied to solve the problem of fresh water shortage via ion rejection. However, these 2D membranes often suffer from a notorious swelling problem when immersed in solution, resulting in poor rejection for the monovalent metal ion. The design of the antiswelling 2D lamellar membranes has been proved to be a big challenge for highly efficient desalination. Here a kind of self-crosslinked MXene membrane is proposed for ion rejection with an obviously suppressed swelling property, which takes advantage of the hydroxyl terminal groups on the MXene nanosheets by forming Ti-O-Ti bonds between the neighboring nanosheets via the self-crosslinking reaction (-OH + -OH = -O- + H2O) through a facile thermal treatment. The permeation rates of the monovalent metal ions through the self-crosslinked MXene membrane are about two orders of magnitude lower than those through the pristine MXene membrane, which indicates the obviously improved performance of the ion exclusion by self-crosslinking between the MXene lamellae. Moreover, the excellent stability of the self-crosslinked MXene membrane during the 70 h long-term ion separation also demonstrates its promising antiswelling property. Such a facile and efficient self-crosslinking strategy gives the MXene membrane a good antiswelling property for metal ion rejection, which is also suitable for many other 2D materials with tunable surface functional groups during membrane assembly.
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