MXenes are a family of atomically thin, two-dimensional (2D) transition metal carbides and carbonitrides with many attractive properties. Two-dimensional Ti3C2Tx (MXene) has been recently explored for applications in water desalination/purification membranes. A major success indicator for any water treatment membrane is the resistance to biofouling. To validate this and to understand better the health and environmental impacts of the new 2D carbides, we investigated the antibacterial properties of single- and few-layer Ti3C2Tx MXene flakes in colloidal solution. The antibacterial properties of Ti3C2Tx were tested against Escherichia coli (E. coli) and Bacillus subtilis (B. subtilis) by using bacterial growth curves based on optical densities (OD) and colonies growth on agar nutritive plates. Ti3C2Tx shows a higher antibacterial efficiency toward both Gram-negative E. coli and Gram-positive B. subtilis compared with graphene oxide (GO), which has been widely reported as an antibacterial agent. Concentration dependent antibacterial activity was observed and more than 98% bacterial cell viability loss was found at 200 μg/mL Ti3C2Tx for both bacterial cells within 4 h of exposure, as confirmed by colony forming unit (CFU) and regrowth curve. Antibacterial mechanism investigation by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) coupled with lactate dehydrogenase (LDH) release assay indicated the damage to the cell membrane, which resulted in release of cytoplasmic materials from the bacterial cells. Reactive oxygen species (ROS) dependent and independent stress induction by Ti3C2Tx was investigated in two separate abiotic assays. MXenes are expected to be resistant to biofouling and offer bactericidal properties.

Nanometer-thin sheets of 2D Ti3C2Tx (MXene) have been assembled into freestanding or supported membranes for the charge- and size-selective rejection of ions and molecules. MXene membranes with controllable thicknesses ranging from hundreds of nanometers to several micrometers exhibited flexibility, high mechanical strength, hydrophilic surfaces, and electrical conductivity that render them promising for separation applications. Micrometer-thick MXene membranes demonstrated ultrafast water flux of 37.4 L/(Bar·h·m(2)) and differential sieving of salts depending on both the hydration radius and charge of the ions. Cations with a larger charge and hydration radii smaller than the interlayer spacing of MXene (∼6 Å) demonstrate an order of magnitude slower permeation compared to single-charged cations. Our findings may open a door for developing efficient and highly selective separation membranes from 2D carbides.

High quality cellulose nanocrystals are synthesized using a simple one-step procedure with ammonium persulfate. This versatile method processes a variety of cellulosic biomass without the need for pretreatments to remove non- cellulosic plant contents.

The discovery of two-dimensional (2D) transition metal carbides and nitrides (MXenes) in 2011 has expanded the pool of nanomaterials available for a variety of applications. Characteristic properties of MXenes, such as high conductivity, hydrophilicity, and catalytic activity have led to a growing research interest for their use in environmental remediation and water treatment applications. This review summarizes recent advances in the synthesis and applications of MXenes as adsorbents, desalination membranes, electrodes for electrochemical deionization, and catalytic or antibacterial agents for water purification and other environmental remediation processes. The overview also features discussions on the computational attempts, biocompatibility, and environmental impact in the exploration of MXenes for water applications, highlighting the challenges and opportunities of these advanced 2D materials.

The 21% Ag@MXene composite membrane demonstrated an ultra-high water flux of 420 L m⁻²h⁻¹bar⁻¹and high rejection efficiency for organic molecules with excellent flux recovery.

Abstract Advanced membranes that enable ultrafast water flux while demonstrating anti-biofouling characteristics can facilitate sustainable water/wastewater treatment processes. MXenes, two-dimensional (2D) metal carbides and nitrides, have attracted attention for applications in water/wastewater treatment. In this work, we reported the antibacterial properties of micrometer-thick titanium carbide (Ti 3 C 2 T x ) MXene membranes prepared by filtration on a polyvinylidene fluoride (PVDF) support. The bactericidal properties of Ti 3 C 2 T x modified membranes were tested against Escherichia coli ( E . coli ) and Bacillus subtilis ( B . subtilis ) by bacterial growth on the membrane surface and its exposure to bacterial suspensions. The antibacterial rate of fresh Ti 3 C 2 T x MXene membranes reaches more than 73% against B . subtilis and 67% against E . coli as compared with that of control PVDF, while aged Ti 3 C 2 T x membrane showed over 99% growth inhibition of both bacteria under same conditions. Flow cytometry showed about 70% population of dead and compromised cells after 24 h of exposure of both bacterial strains. The damage of the cell surfaces was also revealed by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM) analysis, respectively. The demonstrated antibacterial activity of MXene coated membranes against common waterborne bacteria, promotes their potential application as anti-biofouling membrane in water and wastewater treatment processes.

The performance of two-dimensional (2D) Ti3C2Tx MXene nanosheets in the adsorption and copper removal from aqueous media was investigated. Delaminated (DL)-Ti3C2Tx exhibited excellent Cu removal ability, because of their large specific surface area, hydrophilicity, and unique surface functional properties. Scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive spectroscopy (SEM–EDS), transmission electron microscopy (TEM), Brunauer–Emmett–Teller (BET), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and X-ray diffraction (XRD) analyses were performed to analyze the structural changes in Ti3C2Tx MXene and its interaction with Cu ions. Oxygenated moieties in the layered structure of MXene facilitated reductive adsorption of Cu2+ forming Cu2O and CuO species. DL-Ti3C2Tx exhibited a higher and faster Cu uptake, compared to multilayer (ML)-Ti3C2Tx. The maximum experimental adsorption capacity (Qexp,max) was 78.45 mg g–1, and 80% of the total content of metal ions was adsorbed within 1 min. A pseudo-second-order kinetic model and the Freundlich adsorption isotherm accurately describe the equilibrium time and maximum Cu uptake onto the adsorbent material, respectively. Thermodynamic analysis revealed that the adsorption process was endothermic. The adsorption capacity (Qe) of DL-Ti3C2Tx was 2.7 times higher than that of a commercially available activated carbon. The present results illustrate the promising potential of 2D MXene nanosheets for the removal of toxic metals from water.

A simple hydrothermal treatment process was used for the fabrication of a Ti3C2Tx (MXene) nanosheet-based hybrid photocatalyst. The chemical composition of the MXene and its derivatives (nanosize {0 0 1} facets of TiO2 in Ti3C2Tx (001-T/MX)), as well as the structural properties and morphology of the as-prepared photocatalyst, were well characterised. The heterostructure of the as-prepared photocatalyst was obtained by controlled oxidation action via the Schottky junction formed between TiO2-MXene interfaces. The adsorption/photocatalytic degradation abilities of the pristine MXene and the as-synthesised 001-T/MX nanocomposite for carbamazepine (CBZ) were investigated. The determined Kapp value of CBZ under ultraviolet light was 0.0304 min−1, higher than that under natural solar light, and the degradation capacity was strongly controlled under acidic conditions (pH 3.0–5.0). During the photocatalytic degradation, OH and O2 attacked the CBZ molecule; detailed degradation pathways were proposed accordingly. The novel heterojunction 001-T/MX exhibited excellent applicability for CBZ decomposition.

Membrane desalination and water purification technologies have become important energy-efficient means to secure fresh water resources around the globe. Among the significant recent advancements in the design and development of new membrane systems is the use of graphenes. Graphenes have offered a novel class of mechanically robust, ultrathin, high-flux, high selectivity, and fouling resistant separation membranes that provide opportunities to advance water desalination technologies. The facile synthesis of nanoporous graphene (NPG) and graphene oxide (GO) membranes opens the door for ideal next-generation membranes as cost effective and sustainable alternative to the long-existing thin-film composite polyamide membranes for water purification applications. In this review, we highlight the structure and preparation of NPG and GO membranes. We also discuss the recent experiments, computer simulations and theoretical models, addressing the unique mechanical properties, ion selectivity, and possible transport mechanisms through NPG and GO membranes. We will focus on the fabrication and functionalization schemes of graphene oxide membranes. Particular emphasis is on the antifouling properties of the NPG and GO modified membranes. We believe this review will open new avenues for new innovations and applications of NPG and GO in water desalination and treatment.

Probing of cellular uptake and cytotoxicity was conducted for two fluorescent cellulose nanocrystals (CNCs): CNC-fluorescein isothiocyanate (FITC) and newly synthesized CNC-rhodamine B isothiocyanate (RBITC). The positively charged CNC-RBITC was uptaken by human embryonic kidney 293 (HEK 293) and Spodoptera frugiperda (Sf9) cells without affecting the cell membrane integrity. The cell viability assay and cell-based impedance spectroscopy revealed no noticeably cytotoxic effect of the CNC-RBITC conjugate. However, no significant internalization of negatively charged CNC-FITC was observed at physiological pH. Indeed, the effector cells were surrounded by CNC-FITC, leading to eventual cell rupture. As the surface charge of CNC played an important role in cellular uptake and cytotoxicity, facile surface functionalization together with observed noncytotoxicity rendered modified CNC as a promising candidate for bioimaging and drug delivery systems.