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Surface Engineering of Electrified MXene Filter for Enhanced Phosphate Removal
ACS ES&T Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2023-08-01 , DOI: 10.1021/acsestengg.3c00240 Limin Jin 1 , Yifan Ren 1 , Wentian Zheng 1 , Fei Pan 2 , Shijie You 3 , Yanbiao Liu 1, 4
ACS ES&T Engineering ( IF 7.4 ) Pub Date : 2023-08-01 , DOI: 10.1021/acsestengg.3c00240 Limin Jin 1 , Yifan Ren 1 , Wentian Zheng 1 , Fei Pan 2 , Shijie You 3 , Yanbiao Liu 1, 4
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The discharge of wastewater contaminated with low concentrations of phosphate can have serious consequences, including environmentally disastrous blooms of algae and harmful concentrations of phosphate in public water sources. Herein, we demonstrate an electrofiltration system with a flow-through configuration that uses an electrified hydroxyl-terminated Ti3C2Tx MXene (h-Ti3C2Tx) filter to achieve near complete removal of ultralow concentration phosphate (5 mg P/L). Increasing either the applied voltage or the flow rate increases the phosphate sorption kinetics of the electrified h-Ti3C2Tx filter. With a 6 mL/min recirculating flow rate, the h-Ti3C2Tx filter exhibits a sorption kinetics of 1.97 h–1 and sorption capacity of 91.8 mg P/g, which was 2.6- and 4.3-fold higher than that of a pristine Ti3C2Tx filter, respectively. The enhanced electrofiltration kinetics and capacities are attributed to the synergistic effects of plentiful sites for sorption, electrochemical enhancement, and flow-through design. The mechanism for phosphate sorption combined interlayer diffusion with surface complexation at the outer level in terms of electrostatic attraction and at the inner level in terms of Ti–O–P interactions. Overall, our research elucidates the utilization of a flow-through electrified filter incorporating −OH groups that can boost the sorption kinetics and capacity for phosphate, offering a promising paradigm for efficient water purification.
中文翻译：
用于增强除磷效果的带电 MXene 过滤器的表面工程
排放受低浓度磷酸盐污染的废水可能会产生严重后果，包括对环境造成灾难性的藻类繁殖和公共水源中有害浓度的磷酸盐。在此，我们展示了一种具有流通式配置的电过滤系统，该系统使用带电羟基封端的 Ti 3 C 2 T x MXene (h-Ti 3 C 2 T x ) 过滤器来实现几乎完全去除超低浓度磷酸盐 (5 mg损益）。增加施加的电压或流速会增加带电 h-Ti 3 C 2 T x过滤器的磷酸盐吸附动力学。在 6 mL/min 循环流量下，h-Ti 3 C 2 T x过滤器的吸附动力学为 1.97 h –1，吸附容量为 91.8 mg P/g，分别比过滤器高 2.6 倍和 4.3 倍。分别为原始 Ti 3 C 2 T x过滤器。电过滤动力学和容量的增强归因于大量吸附位点、电化学增强和流通设计的协同效应。磷酸盐吸附的机制将层间扩散与表面络合相结合，在外层通过静电吸引，在内部通过 Ti-O-P 相互作用。总的来说，我们的研究阐明了使用含有-OH基团的流通式带电过滤器，可以提高磷酸盐的吸附动力学和容量，为高效水净化提供了一个有前途的范例。
更新日期：2023-08-01
中文翻译：
用于增强除磷效果的带电 MXene 过滤器的表面工程
排放受低浓度磷酸盐污染的废水可能会产生严重后果，包括对环境造成灾难性的藻类繁殖和公共水源中有害浓度的磷酸盐。在此，我们展示了一种具有流通式配置的电过滤系统，该系统使用带电羟基封端的 Ti 3 C 2 T x MXene (h-Ti 3 C 2 T x ) 过滤器来实现几乎完全去除超低浓度磷酸盐 (5 mg损益）。增加施加的电压或流速会增加带电 h-Ti 3 C 2 T x过滤器的磷酸盐吸附动力学。在 6 mL/min 循环流量下，h-Ti 3 C 2 T x过滤器的吸附动力学为 1.97 h –1，吸附容量为 91.8 mg P/g，分别比过滤器高 2.6 倍和 4.3 倍。分别为原始 Ti 3 C 2 T x过滤器。电过滤动力学和容量的增强归因于大量吸附位点、电化学增强和流通设计的协同效应。磷酸盐吸附的机制将层间扩散与表面络合相结合，在外层通过静电吸引，在内部通过 Ti-O-P 相互作用。总的来说，我们的研究阐明了使用含有-OH基团的流通式带电过滤器，可以提高磷酸盐的吸附动力学和容量，为高效水净化提供了一个有前途的范例。
京公网安备 11010802027423号