近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院固體所環(huán)境材料與污染控制研究部孔令濤研究員團隊在納米限域材料去除水中氟離子研究方面取得新進(jìn)展。研究人員研發(fā)出一種具有納米限域效應的La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附膜材料，實(shí)現對水中氟離子的高效去除。相關(guān)成果發(fā)表在?Chemical Engineering Journal?期刊上。

氟化物是一種常見(jiàn)的水中污染物，高劑量攝入會(huì )導致氟斑牙、氟骨癥和甲狀腺異常等疾病。層狀雙氫氧化物（LDH）因具有更多的活性位點(diǎn)，能夠高效去除水中氟離子而受到廣泛關(guān)注。然而，LDH通常為納米片層結構，制備中易發(fā)生材料團聚，影響活性位點(diǎn)的暴露，導致吸附容量大大下降。因此，如何設計并制備充分暴露活性位點(diǎn)的LDH材料，對氟離子的高效去除具有重要意義。

鑒于此，研究團隊通過(guò)納米限域結構調控，制備出一種La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附膜材料，并將其用于去除水中氟離子。Ti₃C₂T_X材料的限域結構解決了片狀La-Mg LDH的團聚問(wèn)題，大大增加了吸附膜材料的比表面積和活性位點(diǎn)。研究發(fā)現，La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附膜材料對氟離子最大吸附容量達到149.66 mg/g，同時(shí)多種共存離子（Cl^-、PO₄^3-、CO₃^2-、NO₃^-、SO₄^2-等）對氟離子的吸附幾乎沒(méi)有影響。經(jīng)過(guò)五次再生循環(huán)后，吸附膜材料對氟離子的去除率仍大于80%，且出水中鎂、鈦和鑭等金屬離子濃度均小于國家標準，表明該材料具有良好的穩定特性。

DFT計算結果證實(shí)，La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X對氟離子的吸附能要遠遠小于單相材料對氟離子的吸附能，且氟離子更容易被吸附到La-Mg LDH和Ti₃C₂T_X結合處的限域界面區域，而非表面。LDH/Ti₃C₂T_X吸附膜的最大通量為11526L/m³，具有非常廣闊的實(shí)際應用前景。該研究通過(guò)納米限域結構調控，解決了常規LDH材料易團聚導致吸附容量小的問(wèn)題，為水中氟離子的深度去除提供了新思路。

碩士研究生魏健為論文第一作者，孔令濤研究員和何軍勇副研究員為論文通訊作者。該研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金及安徽省自然科學(xué)基金等項目的支持。

文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152779

圖1.（a）La-Mg LDH的TEM圖；（b）Ti₃C₂T_X的SEM圖；（c）La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X的SEM圖；La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附氟的（d）一級動(dòng)力學(xué)，（e）Langmuir模型和（f）熱力學(xué)模型圖。

圖2. La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附前（a）和吸附后（b）的表面粗糙度圖；La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附前（c）和吸附后（d）的表面電荷圖；（e）La-Mg LDH/Ti₃C₂T_X吸附膜材料除氟機理圖。