靜電紡含雙金屬納米顆粒高分子納米纖維的制備及其環(huán)境修復應用.pdf

1、近年來，納米技術在許多學科領域都引起了廣泛的重視，而納米材料的制備及其應用更是已經(jīng)成為當前材料科學研究的熱點。對環(huán)境修復材料而言，納米結構材料的高表面積體積比能極大程度的提高修復材料與污染物之間的作用效率。鐵系雙金屬納米顆粒是近幾年來廣泛用于環(huán)境污染物修復的代表性納米材料，良好的物理化學性能使其在難降解污染物如氯代有機污染物、重金屬污染物以及染料廢水等的凈化處理方面表現(xiàn)出顯著的效果。然而，大量研究發(fā)現(xiàn)，鐵系雙金屬納米顆粒在常規(guī)的制備和應

2、用過程中極易團聚，使得雙金屬反應活性減小，從而降低了對污染物的去除效率，而且分散在水體中的納米顆粒容易產生二次污染。雖然已有的改進措施在一定程度上改善了其在水中的分散性能，但尋求一種具有高比表面積的連續(xù)介質作為雙金屬納米顆粒的載體材料，開發(fā)新型高效、無二次污染的水凈化材料仍是我們努力的方向。
　　 作為一種能快速制備連續(xù)納米材料的方法，靜電紡絲技術被廣泛用于各種納米材料的制備。靜電紡纖維氈因其具有高比表面積、高孔隙率和低成本等優(yōu)

3、點使其在環(huán)境治理方面展現(xiàn)出了很大的潛力。本文中，我們以靜電紡絲技術為基礎，以聚電解質高分子材料聚丙烯酸(Polyacrylic acid，PAA)為主體原料，輔以聚乙烯醇(Polyvinylalcohol，PVA)制得的靜電紡納米纖維氈為模板，利用聚丙烯酸高分子的羧基官能團能絡合金屬離子的特性，通過原位化學還原的方法制備含有鐵/鎳、鐵/鈀雙金屬納米顆粒的復合納米纖維氈，開發(fā)功能性的廢水凈化材料。并重點研究了含有鐵/鎳、鐵/鈀雙金屬納米顆

4、粒的復合納米纖維氈的制備過程，在對所制備的復合納米纖維進行相應表征的基礎上，分別以印染廢水中的代表性染料橙黃G(Orange G，OG)及有機氯污染物三氯乙烯(Trichloroethylene，TCE)為模型污染物對所制備的含鐵復合納米纖維氈的去除水中污染物的性能進行了評價。
　　 本文中，為制備具有良好水穩(wěn)定性的PAA/PVA納米纖維，我們將PAA與PVA的混合溶液進行紡絲后，145℃條件下熱交聯(lián)處理30min，形成不溶于水

5、的PAA/PVA納米纖維反應器。SEM測試表明，所制備的PAA/PVA納米纖維表面光滑、粗細均勻，平均直徑為217士65 nm。利用PAA上的羧基官能團絡合鹽溶液中的金屬陽離子后，通過原位化學還原，將鐵/鎳、鐵/鈀雙金屬納米顆粒直接固定在PAA/PVA納米纖維中。SEM測試表明固定了鐵/鎳、鐵/鈀雙金屬納米顆粒的復合纖維與PAA/PVA納米纖維的形貌類似，纖維表面光滑，平均直徑分別為248±44 nm(含核.殼結構Fe/Ni雙金屬納米顆

6、粒的纖維)，245±48 nm(含F(xiàn)e/Ni合金納米顆粒的纖維)和303±52nm(含核-殼結構Fe/Pd雙金屬納米顆粒的纖維)，纖維氈仍保持良好的三維多孔結構。通過TEM觀察含鐵納米纖維氈的截面發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e/Ni和Fe/Pd雙金屬納米顆粒均勻地分布在PAA/PVA納米纖維的截面中，粒徑主要集中在0.8～2.4 nm和2～4 nm范圍內。驗證發(fā)現(xiàn)含F(xiàn)e/Ni合金雙金屬納米顆粒的PAA/PVA復合納米纖維氈5 min內脫色效率可達95.1％

7、，對凈化后的水體不會造成二次污染，并具有較高的可重復利用性；而含F(xiàn)e/Pd雙金屬納米顆粒的PAA/PVA復合納米纖維氈脫除效率顯著提高，重復利用率高，三次再生實驗脫除率都可以達到90％以上，同樣對凈化后的水體不會造成二次污染。
　　 本文的研究為改善雙金屬納米顆粒在常規(guī)制備和應用過程中易于團聚、容易產生二次污染提供了一條可行的途徑，研制了一種新型的廢水凈化納米材料。同時，提出了以靜電紡納米纖維為納米反應器的觀點，為利用靜電紡絲法