线粒体复合物I的过度激活会加速PET微塑料引起的肠道生物能量系统崩溃

《Journal of Hazardous Materials》：Mitochondrial Complex I Hyperactivation Drives PET Microplastic-Induced Intestinal Bioenergetic Collapse

MXene基吸附剂在去除水体重金属、放射性核素及无机污染物方面展现高效性，但层间堆叠、环境敏感性和再生限制等问题突出。研究重点包括表面功能化、层间工程策略及环境参数（pH、温度、背景离子）对吸附性能的影响，同时探讨再生技术以提升可持续性。

　　

Jin Choi|Jong-Soo Choi|Dahee Park|Chang Min Park|Min Jang|Byung-Moon Jun|Yeomin Yoon

韩国首尔Ewha女子大学环境科学与工程系，邮编03760

摘要

工业化和核技术的扩展加速了重金属、放射性核素及其他有毒无机物向水环境的释放，这凸显了开发先进修复策略的必要性。吸附技术因其高效性、操作简便性、选择性、可再生性和广泛应用性而备受关注。传统吸附剂的性能局限促使人们开始研究基于MXene的纳米材料，这类材料具有亲水性、高比表面积以及可调的表面官能团，能够有效吸附多种无机污染物。MXene还具备多种表面特性，支持静电吸附、离子交换、表面配位和氧化还原反应。然而，仍存在一些问题，如层堆叠、活性位点访问受限以及对环境因素（如pH值、背景离子和温度）的敏感性。这些限制突显了表面修饰和层间工程的重要性。因此，本文综述了基于MXene的吸附剂在去除重金属、放射性核素及其他无机污染物方面的现有研究成果，重点探讨了其在实际水环境中的性能及再生策略。

引言

近几十年来，工业化导致了严重的环境问题，尤其是重金属污染[1]。此外，由于人类活动，包括重金属、放射性核素和有毒无机物在内的有害物质被释放到水中[2]。近年来核能的发展使得采矿和水冶等工业活动产生了大量放射性废物[3]。这些放射性废物成为核能可持续发展的主要障碍，因为它们带来长期的环境风险并给安全处置带来挑战[4]。废水中的各种污染物威胁着生态系统健康，环境修复工作一直致力于解决这些问题[5]。因此，必须实施适当的处理工艺。与传统处理方法（如沉淀-絮凝-过滤[6]）相比，膜分离[7]、生物降解[8]、氧化/还原[9]和吸附[10]等先进处理工艺在去除重金属、放射性核素和有毒无机物方面更为有效。其中，吸附技术因其高效性、成本效益、操作便捷性、选择性和可再生性而成为最有效的方法之一[11]。

目前已研究了多种吸附剂，包括金属有机框架[12]、金属氧化物[13]、生物吸附剂[14]、活性炭[15]和黏土[16]。然而，这些吸附剂在复杂环境条件下表现不佳，存在选择性不足、对溶液化学性质敏感以及表面可调性有限等问题[17]。相比之下，基于MXene的材料因其二维（2D）结构、丰富的表面官能团和可调的化学性质而受到广泛关注，这使得对吸附行为有更灵活的控制[18]。MXene是一种新型的二维过渡金属碳化物/氮化物材料，自2011年以来受到大量研究关注[19]。由于其亲水性、大表面积、化学抗性、高表面官能化和离子交换能力，MXene在能量存储与转换、电磁场干扰和水处理等领域具有巨大潜力[20]。

研究人员制备了含有MXene的复合材料，并研究了其在能量存储以及通过吸附和还原过程去除自然环境中污染物和有机/无机物质方面的能力[21],[22]。最近的一项研究利用MXene的负表面电荷增强了其对重金属的吸附能力[23]。Shahzad等人发现，MXene核壳球体可高效去除Hg(II)等重金属离子，效率可达90–100%[24]。

在超过70种MXene成员中，Ti₃C₂T_x MXene被研究得最为广泛[25]。传统上，MXene是通过化学蚀刻MAX相中的A层制备的，常用HF或氟化物基蚀刻剂。然而，原始MXene作为吸附剂存在局限性，如表面官能化程度低、选择性活性位点稀缺，导致吸附选择性差[26]。此外，层间间距较窄时相邻层之间的强范德华力和静电相互作用会限制物质传递和吸附性能[27]。通过修饰MXene官能团或插入金属离子、有机和无机化合物及聚合物作为层间间隔物，成功提升了其吸附性能[29]。因此，本文将MXene改性策略分为化学功能化、聚合物或复合材料掺杂以及层间或结构工程，并探讨了这些方法对活性位点可及性和结构稳定性的影响。在实际废水中，背景离子（如氯离子）和溶液pH值会显著影响MXene的吸附能力[30]。

如图1所示，已有大量关于使用基于MXene的吸附剂去除无机污染物的研究。不过，近期关于MXene的综述主要集中在重金属和放射性核素上[31]，尤其是铀的提取技术[32]，而对Cr(VI)、Sr(II)和Cs(I)等无机物质的研究相对较少。此外，最近的研究使用了Ti₂CN₂[33]和V₂CT_x[34]等MXene吸附剂。因此，本文旨在总结和整理基于MXene的吸附剂在去除重金属、放射性核素和无机污染物方面的性能。吸附剂的性能受环境因素（pH值、温度和背景离子）、目标污染物性质（浓度、活性状态和电荷）以及吸附剂本身性质（表面电荷、官能团、比表面积和孔径）的影响。基于这些参数评估了吸附能力，并探讨了MXene吸附剂的再生方法。本文的总结性见解和未来研究方向有助于深入理解吸附剂并推动水处理技术的发展。

污染物与MXene性质的影响

MXene具有优异的去除重金属离子的能力，是解决重金属污染的关键材料[35]。MXene表面的多种官能团使其能够高效吸附目标重金属离子[36]。MXene的层状结构及较大的比表面积和孔隙为吸附提供了更多位点，从而提升了其吸附性能[37]。因此，要有效利用MXene，需要

基于MXene的纳米材料的再生

从基于MXene的吸附剂中回收污染物并实现其再利用对于降低成本、保障环境安全和减少有毒污泥至关重要[35]。必须评估吸附剂的解吸和再生效率，以验证其实际应用潜力和商业价值[54]。尽管MXene具有再生潜力，但在不同水质条件下维持其稳定性仍具挑战性，这表明需要在解吸过程中找到平衡点

未来研究方向

为确保MXene合成的可扩展性和其在实际水处理系统中的应用可行性，仍需解决若干关键问题。基于本研究的内容，未来研究应侧重于通过表面修饰和层间工程策略来增强MXene吸附剂的结构稳定性，以防止氧化和层堆叠现象。混合和多功能MXene基复合材料具有巨大潜力

结论

本文综述了基于MXene的吸附剂在去除无机污染物（包括重金属和放射性核素）方面的性能，重点探讨了pH值、温度、背景离子和天然有机物（NOM）对其效率的影响。MXene，特别是Ti₃C₂T_x，具有多种表面性质、亲水性和可调的层间排列，能够与多种离子污染物发生强而选择性的相互作用。然而，仍存在一些限制，如层堆叠问题

环境意义

本文探讨了基于MXene的纳米材料在去除水中无机污染物方面的应用，这有助于应对关键的环境挑战。通过有效去除重金属、放射性核素和其他有毒无机物，基于MXene的纳米材料可促进水资源的安全和清洁。研究强调了通过高效再生策略实现可持续解决方案的潜力，从而减少废物产生并促进资源回收。

作者贡献声明

Yeomin Yoon：撰写——综述与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法论。Byung-Moon Jun：撰写——综述与编辑、验证、监督、资源协调、方法论。Dahee Park：数据分析、数据整理。Jong-Soo Choi：撰写——初稿撰写、验证、数据分析、概念构思。Min Jang：撰写——综述与编辑、方法论、数据整理。Chang Min Park：撰写——综述与编辑、实验研究。Jin Choi：撰写——

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）的资助（资助编号：RS-2023-00272059、RS-2024-00512828和RS-2025-00554489）。