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納米結(jié)構(gòu)多功能膜集成了過(guò)濾和催化降解功能,，在廢水凈化方面顯示出巨大潛力,，具有較低的能耗和碳足跡，符合可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）,。然而,，傳統(tǒng)的催化膜面臨傳質(zhì)緩慢和活性氧（ROS）生成不足等挑戰(zhàn)。因此,，我們開(kāi)發(fā)了手風(fēng)琴狀Co3O4@MXene納米反應(yīng)器作為膜構(gòu)建單元,。這些納米反應(yīng)器創(chuàng)造了巨大的納米限域空間，增強(qiáng)了催化氧化反應(yīng)的效率,。該設(shè)計(jì)優(yōu)化了過(guò)濾和催化性能,，能夠去除傳統(tǒng)微濾膜無(wú)法去除的小分子有機(jī)污染物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，在10分鐘內(nèi)通過(guò)過(guò)氧單硫酸鹽（PMS）實(shí)現(xiàn)了超過(guò)95%的雙酚A（BPA）去除率,。限域膜在高通量（770.4 L·m?2·h?1）下連續(xù)運(yùn)行超過(guò)120小時(shí)，穩(wěn)定維持約100%的BPA去除率,。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后檢測(cè)到的鈷浸出量低（5.35 μg/L）,，驗(yàn)證了系統(tǒng)的耐久性和安全性,。理論建模和模擬證實(shí)了納米限域空間在熱力學(xué)和流體行為方面的貢獻(xiàn)。作為膜中限域工程的一個(gè)示例,，本研究揭示了應(yīng)用限域納米反應(yīng)器進(jìn)行水凈化的巨大潛力,，實(shí)現(xiàn)了高污染物去除效率和高水通量。 1. 通過(guò)構(gòu)建手風(fēng)琴狀Co3O4@MXene納米反應(yīng)器,，創(chuàng)造納米限域空間,，顯著提升了催化氧化反應(yīng)的效率。2. 將過(guò)濾和催化降解功能集成于一體,，解決了傳統(tǒng)催化膜傳質(zhì)慢和ROS生成不足的問(wèn)題,。3. 該膜能夠去除傳統(tǒng)微濾膜無(wú)法處理的小分子有機(jī)污染物。4. 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后,，鈷浸出量極低,，系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性和安全性。1. 展示了納米限域空間在催化反應(yīng)中的重要作用,，在設(shè)計(jì)新型催化劑或反應(yīng)器時(shí),，考慮利用限域效應(yīng)來(lái)提升反應(yīng)效率。2. 通過(guò)將多種功能集成于單一材料中,，可以實(shí)現(xiàn)更高效的環(huán)境治理,。3. 通過(guò)理論建模和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的合理性,。4. 研究目標(biāo)與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）緊密相關(guān),，提醒在設(shè)計(jì)研究課題時(shí)，考慮其對(duì)環(huán)境和社會(huì)的長(zhǎng)期影響,。1. 納米限域反應(yīng)器設(shè)計(jì)不僅適用于水凈化,，還可以拓展到其他領(lǐng)域，如空氣凈化,、能源存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化等,。2. 除了Co3O4和MXene，可以嘗試其他催化材料和二維材料的組合,，探索更多高效的納米限域反應(yīng)器,。3. 進(jìn)一步深入研究納米限域空間對(duì)反應(yīng)機(jī)制的影響，尤其是對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和選擇性的調(diào)控,。4. 研究成果具有較高的實(shí)際應(yīng)用潛力,，可以探索如何將這種納米限域反應(yīng)器設(shè)計(jì)應(yīng)用于大規(guī)模水處理系統(tǒng)中。5. 在材料選擇和制備過(guò)程中,，進(jìn)一步優(yōu)化工藝,，減少對(duì)環(huán)境的影響，提升系統(tǒng)的整體可持續(xù)性。在生物醫(yī)學(xué)中的潛在應(yīng)用1. 靶向藥物遞送：該材料可用于設(shè)計(jì)智能藥物遞送系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)釋放和靶向治療,，減少副作用。2. 抗菌涂層：將Co3O4@MXene納米反應(yīng)器應(yīng)用于醫(yī)療器械或植入物表面,，利用其催化生成活性氧（ROS）的能力,，有效殺滅細(xì)菌，預(yù)防感染,。3. 癌癥治療：通過(guò)納米限域空間增強(qiáng)的催化反應(yīng),，該材料可用于光熱治療或化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療，高效生成ROS以殺死癌細(xì)胞,，同時(shí)減少對(duì)正常組織的損傷,。4. 生物傳感器：利用其高催化活性和穩(wěn)定性，該材料可用于開(kāi)發(fā)生物傳感器,，快速檢測(cè)生物標(biāo)志物或病原體,，提升疾病診斷的靈敏度和效率。5. 組織工程支架：將納米限域反應(yīng)器嵌入生物相容性支架中,，利用其催化性能促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和組織再生,，同時(shí)抑制炎癥反應(yīng)。6. 血液凈化：將該材料集成到血液凈化設(shè)備中,，通過(guò)催化降解血液中的毒素或代謝廢物,，輔助治療腎功能衰竭或中毒等疾病。
Accordion-like Co3O4@MXene Nanoreactor with Nanoconfined Augmentation in Membrane for Enhanced Water PurificationAppl. Catal. B Environ. Energy (IF 20.2)
Pub Date : 2025-01-11
DOI : 10.1016/j.apcatb.2025.125039 Zhouyao Wang, Hongwei Bai, Jia-Cheng E. Yang, Linan He, Darren Delai Sun
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