水是维持人类生活和推动社会经济发展的关键资源。然而，其质量和安全已成为紧迫的全球性挑战[1]。工业化的迅速发展导致来自各种来源的多种污染物排放，对水生生态系统构成严重威胁。纺织、皮革制造和金属加工等工业部门排放的废水中含有高浓度的有机染料和重金属离子[2]，[3]，年排放量超过1.3 × 109 m3。令人担忧的是，由于未达到排放标准，大约45%的未经处理的废水直接排放到环境中[4]。有机染料由于其共轭π电子系统而表现出显著的光化学稳定性，自然降解半衰期超过200天[5]。同时，重金属离子通过生物累积过程在食物链中积累，生物放大系数达到103至104，可能引发不可逆的生物毒性效应[6]。因此，在废水排放前实施有效的污染物去除策略至关重要。
为了解决这一问题，研究人员探索了多种修复方法，包括高级氧化[7]、吸附[8]、化学沉淀[9]、膜分离[10]和电解[11]。其中，吸附技术因其操作灵活性、高效率和环境兼容性而被认为是一种有前景的方法[12]。吸附效果主要取决于吸附剂的性能。然而，当前的研究主要集中在特定污染物或某一类污染物的吸附上。开发能够同时去除多种污染物的通用吸附剂仍然是一个主要挑战。
近年来，二维无机材料，特别是过渡金属碳氮化物（MXenes），作为环境修复应用的有希望的候选材料受到了广泛关注。其富氧表面官能团不仅可以提高亲水性，还可以调节电荷分布，从而改善污染物的选择性吸附[13]。然而，MXenes作为吸附剂的实际应用受到两个关键限制的阻碍：有限的吸附容量和由于纳米片层聚集导致的操作不稳定性[14]，[15]，[16]，[17]，[18]。这些限制可能是当前废水处理研究中多层MXene纳米片使用较少的主要原因。为了解决这些问题，研究人员经常对MXenes进行特殊处理或改性，以提高其在吸附过程中的物理和化学稳定性[19]。Hao等人通过将丙烯酸（AA）与少层Ti₃C₂结合，制备了一种新型的AA-alk-MXene吸附剂，其对亚甲蓝的最大吸附容量为193 mg/g[20]。Zheng等人使用热碱溶液对多层Ti₃C₂Tₓ MXene进行插层处理，NaOH插层的MXene表现出更大的层间距，对亚甲蓝的吸附容量为189 mg/g[21]。但之前的研究往往受到低吸附容量的限制，并且主要集中在单一污染物的吸附上。因此，开发稳定且高效的基于MXene的吸附材料以去除多种污染物（包括阴离子和阳离子染料以及重金属离子）仍然是一个挑战。
此外，染料分子的吸附行为主要受静电相互作用、疏水效应、π-π堆叠和氢键机制的支配[22]。相比之下，重金属离子的固定主要依赖于静电吸附和配位螯合[23]，[24]。含有氨基和羧基的两性离子基团的改性不仅赋予材料pH响应性的电荷特性，还形成了大量的氨基乙酸结构螯合配体。这种独特的结构使吸附剂能够通过静电相互作用有效去除阴离子和阳离子染料，并通过静电相互作用和螯合作用有效去除阴离子和阳离子重金属离子。此外，MXene的层状结构使得更多的活性位点得以暴露，从而有效提高了吸附性能。表面改性后，MXene的堆叠现象得到抑制，抗氧化能力也得到了提升。
在这项工作中，开发了一种基于两性离子MXene的吸附剂，具有可切换的表面电荷和氨基乙酸螯合结构。首先将聚缩水甘油甲基丙烯酸酯（PGMA）中间层接枝到MXene纳米片上，然后通过环氧基团的开环反应和氨基团的羧甲基化反应依次用聚乙烯亚胺（PEI）和氯乙酸钠进行改性。两性离子特性与丰富的氨基乙酸基团相结合，使材料对离子染料和重金属物种具有多模式的吸附能力。随后，选用亚甲蓝和刚果红作为阳离子和阴离子染料的模型化合物，实验表明它们具有高化学稳定性和抗自然降解性。Pb(II)和Cr(VI)等重金属离子具有高毒性和生物累积性，被用作阳离子和阴离子的研究模型。研究了不同因素对材料吸附性能的影响，并探讨了吸附机理。
