过氧乙酸是一种新型绿色氧化剂,活化后可产生有机自由基和·OH,用于降解水中微污染物。将催化功能与膜分离集成,构建催化膜,是提升传质和反应效率的有效途径。FeOCl是一种高效的芬顿和类芬顿催化剂,但其导电性差。MXene是一种具有金属级导电性、亲水性和独特二维层状结构的材料。将两者通过静电自组装和真空抽滤制备成交替堆叠的异质结膜,旨在利用MXene的优异导电性作为FeOCl活化过氧乙酸的“电子高速公路”,同时利用MXene规整的二维层间通道作为纳米限域反应器,富集过氧乙酸和污染物分子,缩短传质距离,加速反应。
实验结果表明,在流动模式下,极低浓度的过氧乙酸溶液与该膜接触后,即被活化产生有机自由基和·OH。含抗生素的废水单次穿透膜(停留时间<5秒),其去除率即可高达98%以上,展现了极快的反应动力学。其性能远优于单独FeOCl膜或MXene膜。对膜间微环境的分析证实了纳米限域效应的存在。在连续运行和清洗循环中,该异质结膜的通量恢复率极高,展现了优异的抗有机污染和油污染能力。此外,MXene赋予膜的亲水性和表面负电荷,使其在处理含有天然有机物的真实水体时,膜污染速率显著减缓。
该研究将二维异质结、纳米限域催化和膜分离三者创造性地集成,为开发超快、高效、抗污染的催化膜用于水深度处理开辟了新方向,在制药废水和医疗废水深度净化领域具有广阔的应用前景。
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