随着现代工业的持续发展,工业废水排放导致重金属和有机污染物的污染问题引起了人们的高度重视,如何从材料设计入手,开发能高效去除重金属离子的新型材料变得尤为重要。静电纺纳米纤维与吸附树脂、活性炭等传统吸附材料相比,具有直径细小、表面积大、吸附容量高、吸附速度快等优点,是工业废水和生活饮用水深度处理的理想材料。在众多的静电纺纳米纤维吸附材料中,偕胺肟化聚丙烯腈纳米纤维(AOPAN NFs)含有能与金属离子产生螯合作用的官能团,对铀、铅、铜、铬、砷和汞等金属离子具有良好的吸附能力,成为吸附型纳米纤维领域的研究热点。以往研究中,人们大多采取聚丙烯腈纳米纤维与盐酸羟胺直接反应的方法制备AOPAN NFs;近些年,人们开发了一种从聚丙烯腈与盐酸羟胺出发,经偕氨肟化反应制备AOPAN溶液,随后经静电纺丝获得AOPANNFs的方法,与以往方法相比,避免了大块纤维膜偕胺肟化处理中的操作不便问题,但存在AOPAN NF纳米纤维机械强度较差,容易破碎,无法批量使用等问题,同时AOPAN溶液与其它高分子溶液相容性差,所以无法通过溶液混溶的办法引入增强组分。气凝胶是一种特殊的多孔材料,具有高孔隙率,低密度,高表面积等性质,广泛用于生物、环保、催化等多个领域,开发简单高效的气凝胶制备方法具有重要意义。2014年,东华大学从静电纺聚丙烯腈(PAN)纳米纤维出发,经高速分散、低温冻干和热交联处理等过程,制备出一种高弹性、低密度、超轻的纳米纤维气凝胶,随后人们进一步发展了该项技术,获得了具有隔热、吸音、油水分离等多种功能的气凝胶,但目前为止,还未发现基于静电纺纳米纤维的、可用于水中重金属离子和有机污染物吸附的气凝胶报道。本论文在充分分析现有文献结果基础上,从两方面展开研究:首先,针对AOPAN NFs存在的问题,采用2种方法,将增强组分引入AOPAN NFs基质中,获得了机械性能良好的吸附纤维;同时,从含有吸附剂的聚丙烯腈(PAN)电纺纳米纤维出发,获得了吸附性能较好的多孔弹性海绵,其中:1.采用静电纺丝双喷头对纺技术,从尼龙(PA66)溶液和AOPAN溶液出发,获得了以PA66为增强纤维的复合纤维(AOPAN/PA66),并研究了其对As(Ⅴ)、Cr(Ⅵ)以及甲基橙(MO)的吸附性能。结果表明,随着PA66用量的增加,AOPAN/PA66纳米纤维的强度逐渐增加,当AOPAN与PA66的质量比为3:1时,纳米纤维的拉伸强度和断裂伸长率分别为6.4 MPa和38.46%,对As(Ⅴ)、Cr(Ⅵ)以及甲基橙(MO)的最大吸附量分别为95.42mg/g、93.48 mg/g 和 48.47 mg/g。2.采用同轴电纺技术,以PAN溶液为芯层材料,AOPAN溶液为壳层材料,获得了以PAN为支撑骨架的AOPAN@PAN同轴纳米纤维膜,并研究了其对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)和甲基橙(MO)的吸附性能。结果表明,随着PAN用量的增加,AOPAN@PAN同轴纳米纤维的机械强度逐渐变大,当芯层与壳层质量比为1:3时,纳米纤维的抗拉伸强度和断裂伸长率分别为3.6 MPa和18.026%,对Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)和甲基橙(MO)的最大吸附量分别为151.2mg/g、135.1mg/g、120.48mg/g 和 43.45mg/g。3.将静电纺丝技术与冷冻干燥技术相结合,从PAN/PEI纳米纤维出发,制备了一种以PAN为载体,聚乙烯亚胺(PEI)为吸附剂,环氧氯丙烷(ECH)为交联剂的高弹性PAN/PEI多孔海绵。该材料经过至少20次的压缩后,仍能在1秒左右回弹到原有高度,具有较高的压缩回弹性能,并且在水中无尺寸收缩现象,在水中对其压缩后也能迅速变回原有形态。吸附实验表明,PAN/PEI多孔海绵对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、As(V)和甲基橙(MO)的最大吸附量分别为242.71 mg/g、214.14 mg/g、58.36 mg/g 和 183.0627 mg/g。