一種新型吸附材料的制備與應用探討

文/李維華 崔景東 李 靜

引言

目前，用于吸附工業廢水中重金屬離子的吸附材料有活性炭、沸石、分子篩、蒙脫石、膨潤土等，它們的吸附機理大都屬于傳統的物理處理法。化學處理法和生物處理法也常用于工業廢水的處理，但它們都存在一定程度的缺點。而利用靜電紡絲技術制得的納米纖維孔隙率高、比表面積大，處理工業廢水時能耗低、吸附效果好，彌補了之前較為傳統的三種方法的不足。

近幾年，用于靜電紡絲的高聚物已有上百種，如PAN、CD、PVA、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醋、聚對苯二甲酸對苯二胺、聚苯胺等。PAN因其成纖性成膜性好，耐一般溶劑，抗氧化，化學穩定性好，有優異的耐細菌侵蝕性等，被廣泛用于紡織工業。

目前研究得較多并且具有重要實際意義的CD是α-CD、β-CD、γ-CD。β-CD因其分子結構的獨特性，能通過物理化學作用吸附水中的重金屬離子。且相比于α-CD、γ-CD，β-CD的價格低廉。本實驗將PAN、β-CD按一定質量比例溶于溶劑DMF（N，N-二甲基甲酰胺），通過靜電紡絲法制備復合納米纖維膜，用于吸附廢水中的重金屬離子。

實驗

實驗試劑及儀器設備

本實驗中所用的藥品和儀器規格如表1所示。

β-環糊精/聚丙烯腈纖維膜的制備

取一定量的烘干后的PAN，置于50ml的碘量瓶中，然后加入一定量的溶劑DMF，使PAN的質量百分數為10%，在室溫下通過磁力攪拌器攪拌約12小時。再向其中加入一定量的β-CD，獲得β-CD質量分數為8%的溶液，繼續磁力攪拌至均勻，制得所需要的β-CD-PAN/DMF紡前溶液。

吸取上述制備好的β-CD-PAN/DMF紡前溶液于紡絲管中，調節紡絲靜電電壓分別為13KV、14KV、15KV、16KV和17KV，紡絲距離分別為15cm、16cm、17cm、18cm和19cm，進行靜電紡絲。

表1 實驗藥品和儀器

實驗結果與分析

利用S-3400型掃描電子顯微鏡（SEM）對纖維膜進行表征，觀察其形態。發現：紡絲靜電電壓的對纖維形態有一定的影響，而紡絲距離對其影響較小。

當紡絲靜電電壓為15KV，紡絲距離為18cm時，纖維形態最好，如圖1所示。此時，β-CD均勻分布在纖維內。

納米纖維膜的應用探討

β-CD含有的-OH使有機膜基質內可通過離子絡合、表面吸附等物理化學作用來吸附降解水中的重金屬離子，有效地提高聚合物纖維膜的吸附性。經金廣斌研究，α-CD/PAN靜電紡纖維膜對Cu2+具有良好的吸附性能。

筆者認為，β-CD/PAN靜電紡纖維膜的應用也是值得探討的。除了Cu2+，也可以探究β-CD/PAN靜電紡纖維膜對Ni2+、Zn2+、Pb2+的吸附性能。

圖1 8%β-CD/PAN纖維膜SEM圖