Electric field modulated water permeation through laminar Ti3C2Tx MXene membrane

渗透 电场 层流 化学工程 饮用水净化 化学 材料科学 有机化学 热力学 生物化学 物理 量子力学 工程类
作者
Li Zhang,Xiaonan Kan,Tao Huang,Junchao Lao,Kuiguang Luo,Jun Gao,Xueli Liu,Kunyan Sui,Lei Jiang
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:219: 118598-118598 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.watres.2022.118598
摘要

Controlling water transport is central to a wide range of water-related energy and environment issues. In particular, enhancing the water permeation is highly demanded for practical membrane applications such as water treatment. In this work, we demonstrate that the water permeation through the laminar and electrically conductive MXene membrane can be facilely modulated with electric field. By applying a negative voltage of a few volts on the membrane, the water permeation rate was enhanced by 70 times. Density functional theory calculations and experimental characterizations suggest that the enhancement arises from the enhanced water/MXene interaction under electric field, which manifests itself as enhanced hydrophilicity of the MXene nanosheets. Along with the facilitated water permeation, the rejection rate to dyes of the membrane was kept at a relatively high level, which was 93.1% to Congo red and 94.8% to aniline blue under an applied voltage of -3 V, showing the potential for dye separation and water purification. Considering that there has been increasing interest in utilizing MXene for separations and water treatment, this work should inspire a range of future works in the related area to improve the membrane performance with external stimuli.
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