全球水资源短缺和污染问题日益严重，这迫切需要开发高效的水净化技术以实现可持续的纺织废水回收 [1], [2], [3], [4]。在这种情况下，纳米过滤技术作为一种关键技术脱颖而出，它在低能耗和高选择性之间取得了平衡，从而能够同时实现水净化和有价值的染料回收 [5], [6], [7], [8]。纳米过滤膜的性能取决于同时实现高水渗透率和精确的分子筛分，而这往往受到传统聚合物膜固有的渗透率-选择性权衡的制约 [9], [10], [11]。近年来，二维（2D）层状膜为克服这一瓶颈提供了有希望的途径 [11], [14], [15], [16], [17]。其中，MXene（Ti3C2Tx）因其明确的层状结构、天然的亲水性和可调的表面化学性质而成为构建先进分离膜的理想材料 [9], [18], [19], [20]。然而，原始MXene膜在实际应用中仍面临两个关键挑战：（i）在水化过滤条件下结构稳定性不足，这不仅会导致水诱导的膨胀，从而增大层间距并降低筛分精度，还会在外部压力下导致层间坍塌，减少有效的质量传递路径；（ii）层间距内缺乏工程化的精确分子筛分能力，限制了相似大小溶质的选择性分离 [21], [22], [23]。
为了减轻MXene膜的膨胀并调节层间距，研究工作主要集中在使用纳米颗粒（如TiO2）、聚合物或小分子插层剂 [21], [24], [25], [26], [27] 的插层策略上。然而，这些方法主要依赖于物理吸附或弱相互作用（如范德华力、氢键）。因此，插层剂在长期过滤过程中容易发生渗出或重新排列，导致结构完整性和性能下降。此外，物理混合插层剂的不均匀分布可能会引入非选择性的缺陷，从而在高通量条件下难以实现高精度的分子筛分 [20], [21], [28]。共价修饰是一种有效的策略，可以优化MXene膜的层结构。例如，Yan等人通过共价交联和超分子氢键的协同作用，制备了具有稳定层间距的MXene膜 [29]。Sun等人制备了MXene-杯芳烃杂化膜，利用无机-有机杂化效应赋予膜较大的横向尺寸、均匀的层间通道和强的静电相互作用，从而提高了分离性能 [30]。
近年来，利用具有内在空腔的超分子大环对MXene进行修饰受到了关注，旨在结合超分子主客体化学的精确识别能力和MXene膜的高渗透率。例如，Wei等人使用环糊精对MXene膜进行交联，提高了其分离性能 [31]。这表明利用大环的内在空腔来改进MXene膜是一个有前景的方向 [31], [32], [33], [34], [35]。其中，杯[n]芳烃（CAs）因其可调的疏水空腔和多样的功能化特性而脱颖而出，它们已被广泛用于仿生通道、分子传感和选择性分离。通常，CAs作为随机分散的相嵌入聚合物基质中，通过其预先排列好的空腔实现对特定小分子（如重金属离子、有机染料）的尺寸和形状选择性捕获 [32], [36], [37]。然而，这些研究大多只是将CAs随机分散在膜中，未能充分利用其空腔的潜力。最重要的是，将CAs作为共价锚定的、精确的插层剂嵌入MXene层状结构中，以构建稳定、高性能的纳米过滤膜，这一领域尚未得到充分探索。
在这项工作中，我们开发了一种创新的原位共价修饰策略，通过真空辅助自组装制备了杯[4]芳烃功能化的MXene（CA-MXene）纳米过滤膜，实现了精确的分子筛分和改善的操作稳定性。具体来说，首先通过烷基化-水解反应从杯[4]芳烃的羟基尾部构建了四个羧基锚定基团。然后，利用这些羧基与MXene表面羟基之间的脱水-缩合反应，将CAs精确锚定在MXene纳米片上。接着，将大面积的CA-MXene纳米片组装在聚醚砜基底上，制备了最终的CA-MXene膜。我们系统研究了CA掺入对MXene膜形成及其纺织废水回收性能的影响，并阐明了CA-MXene膜显著提高的纳米过滤性能的机制。本研究为通过工程化可调的空腔末端来制造用于可持续纺织废水回收的纳米过滤膜提供了宝贵的见解。
