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绍兴文理学院邵林军:壳聚糖复合纳米纤维的制备及其对水溶液中钯离子的回收

学术动态    2022-06-16 15:51

DOI: 10.1007/s10570-022-04628-0

 

本工作以聚甲基丙烯酸为交联剂,聚环氧乙烷为共纺聚合物,通过静电纺丝法制备了平均直径为300-500nm的壳聚糖复合纳米纤维。之后,将这些复合纳米纤维在110至190℃的温度范围内退火,以提高其耐溶剂性。通过扫描电子显微镜、红外光谱(IR)和正电子湮没寿命谱对其形貌和结构进行了表征。将这些复合纳米纤维用于吸附水溶液中的Pd2+阳离子。仔细研究了壳聚糖含量、退火温度、吸附温度、溶液pH和初始Pd2+浓度的影响。吸附结果表明,这些复合纳米纤维比原始壳聚糖和市售活性炭具有更好的吸附性能。在优化的吸附条件下,最大吸附容量为366mg/g。吸附动力学、FT-IR和XPS证实了Pd2+阳离子在复合纳米纤维上的化学吸附行为。由Van't Hoff方程得到的热力学参数(ΔG0、ΔH0和ΔS0)表明该吸附过程是自发放热过程。此外,选择性吸附研究表明,这些复合纳米纤维对水溶液中金属离子混合物中的Pd2+阳离子具有良好的吸附选择性。最后,对这些新型复合纳米纤维的可重复使用性进行了四次测试。总体而言,本研究制备的纳米纤维垫是一种有效的吸附剂,可用于从水溶液中回收珍贵的钯阳离子。

 

图1.钯阳离子在以KI为显色剂的水溶液中的标准曲线(吸收峰:488nm)

 

图2.CS/PMAA比对溶液旋转粘度的影响

 

图3.CS/PMAA比为a)5:5、b)6:4、c)7:3、d)8:2和e)9:1的CS/PMAA纳米纤维的SEM照片

 

图4.壳聚糖、PMAA以及在110℃、150℃、170℃和190℃下退火的CS9/PMAA1的FT-IR光谱

 

图5.退火温度对CS9/PMAA1中自由体积孔含量和尺寸的影响

 

图6.Pd2+阳离子在壳聚糖复合纳米纤维(退火温度:150℃)、原始壳聚糖和活性炭上的吸附(吸附条件:吸附剂:20mg;初始Pd2+浓度:80mg/L;溶液体积:20mL;温度:25℃;pH:7)

 

图7.退火温度对CS9/PMAA1吸附的影响(吸附条件:吸附剂:20mg;初始Pd2+浓度:80mg/L;溶液体积:20mL;温度:25℃;pH:7;接触时间:2.0h)

 

图8.pH对CS9/PMAA1吸附的影响(吸附条件:吸附剂:20mg;初始Pd2+浓度:80mg/L;溶液体积:20mL;温度:25℃;接触时间:4.0h)

 

图9.log Kc与1/T的Van't Hoff线性图

 

图10.Pd2+初始浓度对CS9/PMAA1吸附性能的影响,a)吸附容量和b)去除率(吸附条件:吸附剂:20mg;溶液体积:20mL;温度:25℃;pH:7)

 

图11.从初始Pd2+浓度为a)40mg/L、b)80mg/L、c)120mg/L和d)300mg/L的溶液中回收的CS9/PMAA1吸附剂的SEM图像

 

图12.Pd2+阳离子在CS9/PMAA1上吸附的a)伪一级、b)伪二级和c)内扩散动力学模型

 

图13.CS9/PMAA1吸附Pd2+阳离子前后的FT-IR光谱

 

图14.CS9/PMAA1吸附Pd2+阳离子的a)Langmuir和b)Freundlich等温线

 

图15.吸附络合金属阳离子溶液中的Pd2+阳离子(吸附条件:CS9/PMAA1:20mg;各金属阳离子初始浓度:80mg/L;溶液体积:20mL;温度:25℃;pH:7)

 

图16.Pd2+阳离子在CS9/PMAA1上的a)吸附和b)解吸(吸附条件:吸附剂:20mg;初始Pd2+浓度:120mg/L;溶液体积:20mL;温度:25℃;pH:7。解吸条件:0.1[M]HCl水溶液:20mL;温度:25℃;振荡速度:150rpm)