随着全球经济快速发展和工业化水平快速提高,水污染和水资源短缺已成为全人类共同关注的话题。寻求高效的水处理技术,以此来进行海水淡化和废水再利用是增加淡水资源的重要途经。膜分离技术具有高效、节能、环保等优势,已广泛应用在水体净化、工业废水处理和海水淡化等领域。开发新型高性能的膜材料是推进膜分离技术发展的首要问题。二维材料膜具有独特的物化性质和可控尺寸的传输通道,有望打破传统聚合物膜渗透性和选择性之间的平衡限制（“trade-off”效应）,实现离子的高效分离。过渡金属碳/氮化物（MXene）是近年开发出来的一类新型二维纳米材料。由于具有高长径比、良好导电性、优异光热转换效率和表面亲水性等特点,在环境与能源催化等领域得到广泛应用,也被视为膜分离领域具有前景的候选材料。但仅靠MXene二维纳米片紧密自由堆叠形成的膜层间传输通道尺寸大小有限,影响水分子在膜通道中的传递速率,进而限制膜渗透通量的提高。为了进一步提升MXene膜的分离性能,拓展MXene材料在液体分离的应用,本论文具体研究内容如下:1.利用LiF+浓HCl对MAX（Ti3Al C2）相进行选择性刻蚀,使用超声剥离制备MXene（Ti3C2Tx）纳米片分散液。进一步采用原位水热反应和真空抽滤法,将光催化纳米粒子Bi2S3成功插入Ti3C2Tx纳米片层间,获得了一种集分离与光催化双功能于一体的Ti3C2Tx/Bi2S3二维材料复合膜。结果表明:该膜表现出良好的分离性能,纯水通量可高达～760 L·m-2·h-1·MPa-1,对于尺寸大于1.2 nm的水溶性染料分子截留率超过90%。该性能远远优于目前报道的其他二维材料分离膜。进一步,Ti3C2Tx/Bi2S3膜显示出比纯Bi2S3光催化剂更小的禁带宽度和更宽的光吸收范围。电化学阻抗（EIS）和光致荧光光谱（PL）结果也表明Ti3C2Tx/Bi2S3具有较快的电子移动速率和较低的光电子-空穴对复合率,这都有利于光生载流子的转移,延长光生电子和空穴的使用寿命,从而赋予膜优异的光催化降解自清洁能力。对染料分子罗丹明B进行过滤实验后,再用模拟太阳光对膜片上吸附的染料降解20分钟,膜水通量恢复率可高达98%。此外,Ti3C2Tx/Bi2S3复合膜表现出良好的稳定性,五次分离-光降解循环实验后,膜的渗透通量几乎没有变化,而对染料的去除率依然保持在90%以上。活性氧物种捕获实验和低温电子自旋共振技术（ESR）表明,Ti3C2Tx/Bi2S3在光照下降解罗丹明B过程中产生-OH和O2-两种活性物质。红外热成像仪的结果表明Ti3C2Tx/Bi2S3具有良好的光热转换能力,吸收的热转化成高温,利于光催化降解反应的进行和提高Ti3C2Tx/Bi2S3膜光热杀菌性能。在光照下Ti3C2Tx/Bi2S3复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌还表现出良好的光热杀菌性能（杀菌率分别为95%和85%）。该膜制备方法相对简单,成本低廉,有望实现工业化扩大生产。2.针对膜生物污染问题,在Ti3C2Tx纳米片层间引入聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDDA）聚阳离子,制备了具有抗污染、抗菌性能的Ti3C2Tx-PDDA复合膜。结果表明:由于PDDA的插层,赋予Ti3C2Tx膜表面良好的亲水性和带正电荷性,从而使得Ti3C2Tx-PDDA复合膜表现出优异的分离特性。在25℃和0.6 MPa下,Ti3C2Tx-PDDA膜的纯水通量从96 L·m-2·h-1·MPa-1增加到145 L·m-2·h-1·MPa-1,对Mg Cl2的截留率可达90%。此外,Ti3C2Tx-PDDA膜更易于清洁,能够有效防止有机污染物十二烷基磺酸钠和牛血清蛋白的粘附,其水通量恢复率高达89%。进一步,Ti3C2Tx-PDDA膜对革兰氏阴性菌（大肠杆菌）和革兰氏阳性菌（金黄色葡萄球菌）也表现出优异的抗粘附和抗菌活性,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制率分别为90%和95%。又测试了对天然河水处理过程中膜的杀菌能力,抗菌率达到了95%。因此,Ti3C2Tx-PDDA纳滤膜具有良好的渗透性和优异的抗菌性能,在未来实际水处理领域具有广阔的应用前景。