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上海理工大学余灯广&刘亚男:Ni(DMG)2/TiO2/PAN多孔纳米纤维垫的构建及其对水中污染物的光催化降解

学术动态    2022-07-18 17:09

DOI: 10.1016/j.colsurfa.2022.129561

 

染料和金属离子是纺织、造纸、皮革、化妆品和塑料等工业废水的主要成分,也是所有污染物中最有害且毒性最大的,尤其是印染废水中含有的Ni2+着色剂和亚甲基蓝(MB)。在此,研究者通过静电纺丝制备了新型多孔丁二酮肟(DMG)/TiO2/聚丙烯腈(PAN)纳米纤维垫,用于处理Ni2+和MB混合污染物。纳米纤维表面形成红色且呈棒状的Ni(DMG)2,得益于DMG感知Ni2+的能力,该复合材料显示出可见光吸附性能(120分钟内为48.6895mg/g)。最重要的是,由于Ni(DMG)2和TiO2纳米颗粒之间异质结的构建,以及分层结构缩短了电子和空穴传输路径,DMG/TiO2修饰PAN纳米纤维垫显示出优异的光催化MB降解效率(60分钟内的降解率为97%)。综上,本工作研制的功能纳米纤维垫巧妙地使用Ni(DMG)2作为光催化MB降解的中间体,在传感、重金属离子吸附和光催化降解有机污染物方面具有广阔的实际应用前景。

 

图1.纳米纤维毡制备工艺示意图

 

图2.S6(a)、WS6(b)和光降解后WS6(c)的FESEM图像以及纳米纤维直径分析,WS6光降解后的EDS图像(d)

 

图3.不同样品的FTIR光谱

 

图4.S6(a)和WS6(b,将Ni(DMG)2涂成红色)的TEM照片,WS6光降解后的元素映射图(c-h)

 

图5.PAN纳米纤维垫(a)、PAN/PVP纳米纤维垫(b)、水洗PAN/PVP纳米纤维垫(c)、S6(d)和WS6(e)的水接触角

 

图6.S6和WS6的氮气吸附-解附等温线及相应的孔径分布曲线(插图)

 

图7.WS6(a,上)和光降解后WS6(a,下)的XPS全扫描光谱,光降解后WS6的Ni2p XPS高分辨率光谱(b),WS6(c)和光降解后WS6(d)的N1s XPS高分辨率光谱

 

图8.298K下Ni2+在WS6上的吸附动力学(a),伪一级方程(b)和二级方程(c)的线性拟合,Ni2+在不同样品上的吸附(d)(插图显示WS6浸入1、3、5、7和10mg/L的Ni2+溶液中的传感图像)。条件:pH=6,V=40mL,WS6=50mg

 

图9.在含不同浓度Ni2+的溶液中WS6对MB的光降解活性(a),在Ni2+浓度为10mg/L的溶液中不同样品对MB的光降解活性(b),Ni2+在WS6上的吸附动力学(c),298K下MB溶液中Ni2+的残余浓度(d)

 

图10.无Ni2+(a)和存在Ni2+(b)时WS6的活性物质捕获实验。WS6的循环测试(c),3次循环后WS6的FESEM图像(d)

 

图11.WS6(下)和光降解后WS6(上)的C1s(a)、O1s(b)和Ti2p(c)XPS高分辨率光谱。WS6和光降解后WS6在254nm激发波长下的光致发光光谱

 

图12.WS6可能的光催化机理