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Aramid Nanofiber Membranes Reinforced by MXene Nanosheets for Recovery of Dyes from Textile Wastewater
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-06-15 , DOI: 10.1021/acsanm.1c01217 Yang Li 1 , Ruobin Dai 1 , Huimin Zhou 1 , Xuesong Li 1 , Zhiwei Wang 1
ACS Applied Nano Materials ( IF 5.3 ) Pub Date : 2021-06-15 , DOI: 10.1021/acsanm.1c01217 Yang Li 1 , Ruobin Dai 1 , Huimin Zhou 1 , Xuesong Li 1 , Zhiwei Wang 1
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Efficient recovery of dyes from textile wastewaters using membrane-based technologies calls for membranes with low rejection of salts but high rejection of dyes. In this study, we intercalated the rigid 2D-ultrathin MXene (Ti3C2Tx) nanosheet into the loose framework assembled by 1D aramid nanofibers and obtained a MXene-reinforced aramid nanofiber (ANF) membrane. The optimized MXene-reinforced ANF membrane (20 wt % MXene loading) exhibited a high selectivity of dye/salt, that is, 99.1 ± 0.3% for Alcian Blue, 96.1 ± 2.4% for Congo Red, 98.6 ± 0.9% for Rose Bengal, and extremely low rejection of salts (<0.2%) at a concentration of 5 g L–1 of NaCl with separation factors of 826, 1068, and 758 for Alcian Blue, Congo Red, and Rose Bengal, respectively. Moreover, the membrane permeability could reach 195.3 ± 6.5 L m–2 h–1 bar–1. The MXene-reinforced ANF membrane demonstrated a superior separation performance to most of the other reported membranes for dye/salt fraction. Mechanistic investigation showed that the reinforced rigidity of the membrane by the intercalated MXene was the main mechanism for the enhanced permeability and selectivity of the MXene/ANF composite membrane (that is, a nanochannel of 2.34 nm was maintained for the MXene/ANF composite membrane after filtration while the nanochannel of the ANF membrane was increased from 2.27 to 2.43 nm). The results highlight that the nanofibrous membranes reinforced by rigid 2D materials are promising for an effective separation of dyes and salts in textile wastewaters.
中文翻译：
MXene 纳米片增强的芳纶纳米纤维膜用于回收纺织废水中的染料
使用基于膜的技术从纺织废水中有效回收染料需要具有低盐截留率和高染料截留率的膜。在这项研究中，我们将刚性的 2D 超薄 MXene (Ti 3 C 2 T x ) 纳米片插入到由 1D 芳纶纳米纤维组装的松散框架中，并获得了 MXene 增强的芳纶纳米纤维 (ANF) 膜。优化的 MXene 增强 ANF 膜（20 wt% MXene 负载）表现出高染料/盐选择性，即阿尔新蓝为 99.1 ± 0.3%，刚果红为 96.1 ± 2.4%，玫瑰红为 98.6 ± 0.9%，并且在 5 g L –1的浓度下具有极低的盐截留率 (<0.2%)NaCl 的分离系数分别为 826、1068 和 758，对于阿尔辛蓝、刚果红和玫瑰红。此外，膜渗透率可达 195.3 ± 6.5 L m –2 h –1 bar –1. MXene 增强的 ANF 膜表现出优于大多数其他报道的染料/盐部分膜的分离性能。机理研究表明，嵌入的 MXene 增强了膜的刚性是增强 MXene/ANF 复合膜渗透性和选择性的主要机制（即，在 MXene/ANF 复合膜之后保持 2.34 nm 的纳米通道）。 ANF 膜的纳米通道从 2.27 nm 增加到 2.43 nm）。结果强调，由刚性二维材料增强的纳米纤维膜有望有效分离纺织废水中的染料和盐。
更新日期：2021-06-25
中文翻译：
MXene 纳米片增强的芳纶纳米纤维膜用于回收纺织废水中的染料
使用基于膜的技术从纺织废水中有效回收染料需要具有低盐截留率和高染料截留率的膜。在这项研究中，我们将刚性的 2D 超薄 MXene (Ti 3 C 2 T x ) 纳米片插入到由 1D 芳纶纳米纤维组装的松散框架中，并获得了 MXene 增强的芳纶纳米纤维 (ANF) 膜。优化的 MXene 增强 ANF 膜（20 wt% MXene 负载）表现出高染料/盐选择性，即阿尔新蓝为 99.1 ± 0.3%，刚果红为 96.1 ± 2.4%，玫瑰红为 98.6 ± 0.9%，并且在 5 g L –1的浓度下具有极低的盐截留率 (<0.2%)NaCl 的分离系数分别为 826、1068 和 758，对于阿尔辛蓝、刚果红和玫瑰红。此外，膜渗透率可达 195.3 ± 6.5 L m –2 h –1 bar –1. MXene 增强的 ANF 膜表现出优于大多数其他报道的染料/盐部分膜的分离性能。机理研究表明，嵌入的 MXene 增强了膜的刚性是增强 MXene/ANF 复合膜渗透性和选择性的主要机制（即，在 MXene/ANF 复合膜之后保持 2.34 nm 的纳米通道）。 ANF 膜的纳米通道从 2.27 nm 增加到 2.43 nm）。结果强调，由刚性二维材料增强的纳米纤维膜有望有效分离纺织废水中的染料和盐。
京公网安备 11010802027423号