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  隨著工業化與城市化的加速推進，能源危機與環境污染成為全球面臨的重大挑戰。特別是有機染料廢水的排放，不僅污染了寶貴的水資源，還對生態系統造成了不可逆轉的影響。這些廢水中含有的兩性污染物（如酸性和堿性染料）因其復雜的化學結構和廣泛的pH適應范圍，給傳統處理方法帶來了巨大挑戰。因此，開發一種能夠有效應對不同pH條件下污染物的新型材料顯得尤為迫切。

圖1. pH響應性PHGC/MXene水凝膠吸附染料的摘要圖

  染料廢水中的兩性污染物具有不同的電荷特性，在不同的pH環境下表現出不同的溶解性和吸附行為。傳統的處理技術如物理沉降、化學氧化等往往難以同時兼顧多種條件下的高效去除。pH響應性材料能夠在特定pH值下發生結構性變化，從而實現對目標污染物的選擇性吸附或釋放。這種智能響應特性為解決復雜廢水處理問題提供了新的途徑。

  長沙理工大學化學與化工學院張躍飛教授/李焰副教授研究團隊通過合成基于MXene復合L-半胱氨酸接枝HEMA（PHGC/MXene）的三維水凝膠，成功開發了一種具有優異pH響應性的吸附劑（Chemical Engineering Science, 2024, 300, 120648）。該材料不僅能在不同pH條件下高效去除染料，還能保持良好的循環穩定性，為染料廢水凈化提供了一個創新且高效的解決方案。

圖4. PHGC/MXene水凝膠的循環利用性和吸附選擇性

  實驗結果顯示，在酸性條件下(pH=2.0)，PHGC/MXene對AB93的最大吸附量達到207.47 mg/g；而在堿性環境下(pH=11.0)，對于MB的最大吸附容量更是高達555.56 mg/g。這種顯著的選擇性吸附特性使得該材料能夠針對特定類型的污染物進行高效處理。經過多次脫附-再生循環后，PHGC/MXene仍然保持了超過90%的染料去除率，表明其具有出色的重復使用性能。動態固定床測試證實了PHGC/MXene在連續流系統中的優異表現，適用于大規模廢水處理工程。分子動力學模擬揭示了PHGC/MXene與染料分子之間存在的靜電吸引及氫鍵等相互作用力，從而實現了高效的捕獲與分離過程。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ces.2024.120648