静电纺丝技术制备纳米纤维膜吸附水中有机污染物及重金属的研究

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有机物污染物、重金属等作为影响饮水安全的主要来源,对其进行分离净化的研究日益增多。β-环糊精(β-CD)因其具有的疏水性内腔,可作为有机污染物的吸附材料,壳聚糖(CS)表面所具有的的羟基、氨基,能够通过与重金属配位形成络合物。本文将静电纺丝技术运用到水环境中污染物的去除,以β-CD和CS为功能单体,制备纳米纤维膜,并研究其吸附性能。1、为得到对有机物和重金属都具有较高吸附容量的电纺β-环糊精/壳聚糖/聚乙烯醇(β-CD/CS/PVA)纳米纤维膜,采用了多目标响应优化纤维膜的制备工艺。以蒸馏水为溶剂,利用电纺技术,研究溶液参数(溶液浓度、β-CD/CS/PVA质量比)和过程参数(电压、接收距离、流速)对纤维膜的吸附性能影响,并以双酚A(BPA)和Pb2+的吸附量为响应值,结果表明,纤维膜的最佳工艺为:PVA浓度8.72%、β-CD/PVA(100%)、CS/PVA(49.49%)、接收距离20cm、流速0.23m L/h,BPA和Pb2+的实验预测值分别为72.10、309.04mg/g,对比验证值64.97、287.72mg/g,相对误差分别为9.89%、6.90%。2、采用静态吸附实验检测β-CD/CS/PVA膜吸附BPA和Pb2+的性能,主要以吸附动力学和等温吸附曲线研究纤维膜的结合特性,结果表明:β-CD/CS/PVA吸附BPA和Pb2+的过程均切合二级动力学以及Freundlich方程,说明BPA和Pb2+吸附过程为多层吸附,同时存在物化吸附作用。考察β-CD/CS/PVA膜的动态吸附性能,结果显示,复合纤维膜的动态吸附性能均受膜层数、初始浓度、温度、流速的影响。3、研究复合纤维膜β-CD/CS/PVA对水中微量有机物污染物(BPA、1-萘胺、β-萘酚、2、4-二氯苯酚、N-亚硝基二甲胺或N-亚硝基二乙胺)和重金属(Pb2+、Hg2+、Cd2+、Ni2+或Cu2+)单一体系、有机物或重金属混合体系以及有机物/重金属混合体系的吸附能力,对比三种污染物体系的吸附效果,结果显示,大部分污染物被吸附效果符合:单一体系>有机物(或重金属)混合体系>有机物/重金属混合体系,其中Pb2+、Hg2+在有机物/重金属混合体系吸附效果优于重金属混合体系,即表明β-CD/CS/PVA吸附Pb2+、Hg2+与有机污染物具有协同作用,其他物质吸附性能因共存污染物的竞争作用而有所下降。
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