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绿色静电纺丝制备PVA-c-TA NFM及其对Pb(II)离子的选择性去除

学术动态    2023-01-11 08:43

DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.135719

 

传统的吸附剂制造方法涉及复杂的过程并且可能导致二次污染。因此,需要一种有效的环保方法来制造重金属吸附剂,该方法使用廉价且环保的材料,在生产过程中不会产生二次污染。本研究通过对亲水性聚合物聚乙烯醇(PVA)进行绿色静电纺丝制备了纳米纤维膜(NFMs),并通过简单的热处理提高了其耐水性,无需使用额外添加剂。然后,通过在天然多酚单宁酸(TA)水溶液中浸涂NFMs来制备纳米纤维重金属吸附剂。首先,研究了TA涂层过程中,TA在PVA NFMs上的吸附/解吸行为。此外,还分析了TA涂层对PVA NFMs力学性能和重金属吸附特性的影响。TA涂层显著提高了PVA NFM的机械强度、耐热性和重金属(Pb(II))吸附能力。TA涂覆PVA NFMs对Pb2+的吸附量比其他重金属离子高5-7倍,表明其对Pb2+具有优异的选择性。而且,即使经过四次吸附/解吸循环后,TA涂覆PVA NFMs仍保持>70%的初始吸附容量,表明其可重复使用。

 

图1.用于重金属吸附的TA涂覆PVA NFMs的制备示意图:(a)PVA NFMs的绿色静电纺丝,(b)通过TA涂层交联PVA NFMs,以及(c)重金属在TA涂覆NFMs上的吸附。

 

图2.PVA NFM和使用不同浸涂时间获得的PVA-c-TA NFMs的形态和纤维直径:(a)初纺PVA NFM,(b)受热PVA NFM,以及(c)1分钟,(d)5分钟,(e)10分钟,(f)20分钟,(g)30分钟,(h)40分钟浸涂后得到的PVA-c-TA NFMs。

 

图3.(a)PVA NFM、TA粉末和PVA-c-TA NFMs的ATR-IR光谱。(b)使用不同TA浸涂时间获得的PVA-c-TA NFMs的水接触角(WCA)和SEM图像。

 

图4.(a)不同浸涂时间下PVA NFM上的TA吸附(插图显示线性TA校准曲线)。使用(b)准一级和(c)准二级动力学模型分析吸附动力学数据。(d)TA解吸率(%)对应于使用不同pH值的水溶液洗涤TA涂覆NFMs 5小时。(e)TA涂层过程中PVA和TA之间的氢键作用和洗涤过程中TA之间的交联。

 

图5.(a)PVA NFM和PVA-c-TA NFM的应力-应变曲线和(b)拉伸强度。(c)PVA NFM和PVA-c-TA NFM的TGA和(d)DTG热谱图。

 

图6.(a)pH对Pb2+吸附的影响(C0=100mg/L,T=298K,吸附时间=2h)。(b)Pb2+的吸附动力学(C0=100mg/L,T=298K)。用(c)准一级和(d)准二级模型拟合吸附动力学数据。使用(e)Langmuir和(f)Freundlich吸附模型拟合Pb2+在PVA-c-TA NFM上的吸附等温线。(g)PVA-c-TA NFM的Freundlich等温吸附过程示意图。

 

图7.(a)PVA NFM、(b)PVA NFM/Pb2+、(c)PVA-c-TA NFM和(d)PVA-c-TA NFMs/Pb2+的EDS曲线。(e)PVA NFM和(f)PVA-c-TA NFM吸附后的SEM图像,以及C、O和Pb的EDS元素映射图像。

 

图8.Pb2+吸附前后PVA-c-TA NFM的XPS宽扫描曲线。

 

图9.(a)PVA NFM和PVA-c-TA NFM对Cd2+、Co2+和Pb2+离子的吸附选择性。(b)PVA-c-TA NFM在四个吸附/解吸循环中的可重复使用性。

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