静电纺纳米纤维膜用于重金属离子吸附的研究进展
静电纺纳米纤维膜用于重金属离子吸附的研究进展
摘要静电纺丝制备的纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙率，在重金属离子吸附领域有着广泛的应用前景。
本文在简要阐述纳米纤维膜吸附重金属离子机理的基础上，主要从有机纳米纤维膜、有机-无机复合纳米纤维膜、及无机纳米纤维膜等3个方面，介绍了近年来静电纺纳米纤维膜对重金属离子的吸附性能及其相关的研究进展，并针对目前纳米纤维膜吸附重金属离子应用研究中存在的一些问题给出了建议，为纳米纤维膜吸附重金属离子的后续研究提供参考。
关键词静电纺；纳米纤维；吸附；重金属离子
0 引言
随着工业化进程的不断加快，由金属冶炼及化工生产废水排放等人为因素造成的重金属离子污染水源问题日益严峻，严重威胁到人类的健康[1,2]。为此，相关科研人员对重金属离子的污染问题进行了深入的研究，采取了多种措施对受污染的水体进行处理和修复。目前，已报道的去除水体中重金属离子的方法有：反渗透[3]、离子交换[4]、电化学沉降[5]、氧化还原[6]、生物处理及吸附技术[7]。其中，吸附技术因易操作、高效、可重复利用、成本低而备受关注[8,9]。而比表面积大的多孔材料对重金属离子具有良好的吸附效果[2]，通过静电纺丝制备的纳米纤维膜恰好具有高比表面积、高孔隙率以及内部连通的开孔结构等突出优势，从而使其在重金属离子的吸附分离方面表现出较好的吸附性能和循环利用性。
1纳米纤维膜吸附重金属离子机理
同大多数吸附材料的原理相同，纳米纤维膜对重金属离子的吸附也是一种传质过程，重金属离子通过物理作用或化学反应从液相转移到纤维膜上[10]。如图1所示[11]，纳米纤维膜对水溶液中重金属离子的吸附主要为物理吸附和化学吸附：其中物理吸附主要是通过静电相互作用（带正电荷的重金属离子与带负电基团之间的静电相互作用，约2～4个负性基团结合一个重金属离子），将重金属离子吸附到纤维表面。而化学吸附则是纤维表面的功能基团对重金属离子的螯合吸附作用（由纤维膜上的功能基团提供孤对电子与重金属离子形成配位共价键）。由于纳米纤维膜具有较高的比表面积，从而使纤维表面暴露出更多的功能基团，明显增加了纤维表面对重金属离子的吸附位数量，显著提高了纤维材料对重金属离子的吸附分离性能。
图 1 纳米纤维吸附重金属离子原理示意图
Fig.1 The mechanism of nanofiber mats for heavy metal ion adsorption
2纳米纤维膜吸附重金属研究进展
由于静电纺纳米纤维膜在重金属离子吸附方面展现出的优异性能，近年来，相关的科研人员进行了大量制备和改性的研究工作，本文分别从有机纳米纤维、有机-无机复合纳米纤维、无机纳米纤维等方面进行简要阐述。
2.1 有机纳米纤维
2.1.1 天然高分子纳米纤维
许多天然高分子材料具有来源广泛、价格低廉、生物相容性好、易生物降解等优点，被广泛应用于各种重金属离子吸附剂的原料（如壳聚糖、丝素蛋白、纤维素等）[12]。通过静电纺丝技术将其制备成纳米纤维膜并进行一定程度改性，可进一步提高其对重金属离子的吸附分离性能。
为充分利用纳米纤维膜高比表面积的特性，Haider等[13]利用K2CO3溶液对静电纺丝法制备的壳聚糖纳米纤维膜进行处理，把壳聚糖分子链上的部分氨基(-NH3+)转化为了胺基（-NH2），增加了纳米纤维膜上功能基团的数量，明显提高了壳聚糖对水溶液中重金属离子的吸附能力，同时壳聚糖在水溶液中的稳定性也得到了改善，处理后的纤维膜对Cu2+、Pb2+的平衡吸附量分别达到了485.44mg/g和263.15mg/g，特别是对于Cu2+的吸附量是壳聚糖微孔膜（80.71mg/g）的6倍，是壳聚糖微球颗粒（45.20mg/g）的11倍。随后，Horzum等[14]通过静电纺较低浓度的壳聚糖溶液，进一步降低了壳聚糖纤维的直径（平均直径42nm)，对Fe3+、Cu2+、Ag+、Cd2+单独吸附数据表明，在重金属离子浓度较低的情况下，纤维膜仍具有较高的吸附性能。虽然上述研究人员成功的制备了壳聚糖纳米纤维并初步研究了其对于重金属离子的吸附性能，但单组份的壳聚糖纳米纤维膜仍存在难以制备、在水溶液中的稳定性较差等缺点，针对这个问题研究人员对其进行了混纺处理，Desai等[15]通过静电纺壳聚糖与聚氧化乙烯混合溶液，制备了PEO/CS复合纳米纤维膜，对水溶液中Cr6+的吸附研究表明，PEO的掺杂明显提高了壳聚糖纤维膜在水溶液中的稳定性和可纺性，当PEO的含量在10%时，复合膜对Cr6+吸附效果最好，饱和吸附性能达到了35mg/g。最近，Aliabadi 等[16]则进一步研究了PEO/CS复合纳米纤维膜对水溶液中Ni2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+的选择吸附性，在四种金属离子共存的情况下，复合膜对四种离子的选择吸附顺序从高到低依次为Ni2+>Cu2+>Cd2+>Pb2+，其认为可能是由于不同半径的重金属离子周围电荷密度不同而造成的吸附性能差异，对Ni2+、Cu2+、Cd2+、Pb2+的吸附率分别为89%、82%、72%、68%，纳米复合膜经过5次循环使用后，吸附性能仍未下降。
羊角质(WK)和蚕丝蛋白(SF)分子链上有许多极性基团，对重金属离子具有良好的螯合吸附作用。Ki等[7]通过将WK与SF进行物理共混，利用静电纺丝法获得了WK/SF复合纳米纤维膜，该复合纳米纤维膜比普通纤维过滤材料（羊毛条和滤纸）有更高的吸附能力，且经过7次的吸附-解吸附之后，仍具有显著的吸附效果。Aluigi等[17]也发现，基于羊角质的复合纳米纤维膜不仅具有高的比表面积，而且当羊角质的含量达到90%，复合纳米纤维膜对Cu2+的吸附量达到了103.5mg/g，明显优于商业化活性炭的吸附能力（50.0mg/g）。
纤维素及其衍生物也是可用于吸附重金属离子的天然高分子，但其本身对重金属离子的吸附效果并不显著，而经过静电纺丝将其制备成纳米纤维膜增大其比表面积，并通过化学改性引入极性较强的功能基团，在重金属离子吸附领域有着极大的应用潜力。Tian等[1]研究发现，经聚甲基丙烯酸（PMAA）接枝改性后的醋酸纤维素（CA）纳米纤维膜对Cu2+、Hg2+、Cd2+的吸附性能显著，且随着金属离子溶液pH 值的升高而增大，在上述三种重金属离子共存的情况下，接枝后的CA纤维膜对Hg2+具有明显的选择吸附性。而纤维素由于氢键的存在，难以制备成纳米纤维素纤维，往往是通过静电纺丝纤维素衍生物并经后期处理得到纳米纤维素纤维膜。Stephen等[18]利用0.08-1mol/l的NaOH溶液对醋酸纤维素纳米纤维膜进行脱乙酰化制备成纳米纤维素膜，相比于普通的纤维素纤维比表面积提高了4.2倍,且通过后期丁二酸酐改性后的纳米纤维素纤维膜对水溶液中的Cd2+、Pb2+饱和吸附量达到了0.59mmol/g、
1.21mmol/g。
2.1.1 合成聚合物纳米纤维
2.1.1.1 单组分改性
除了天然高分子材料以外，如聚丙烯腈（PAN）等一些可纺性较好的合成聚合物，通过后期处理制备成含有功能性螯合基团的纳米纤维膜，对水溶液中重金属离子的吸附效果较为显著。如图2所示，Saeed等[19]通过利用盐酸羟胺对PAN纳米纤维膜进行化学改性，把PAN上的腈基（-CN）部分转化为了偕胺肟基团，从而制备成了对重金属离子具有螯合吸附作用的偕胺肟纳米纤维吸附材料，研究结果表明，PAN纳米纤维膜上腈基的转化率在25%为宜（35%以上分子链呈刚性），相比于普通偕胺肟纤维，经偕胺肟基团修饰的纳米纤维对Cu2+、Pb2+的吸附性能优异，饱和吸附量分别达到了52.70mg/g、263.45mg/g，经一定浓度的硝酸溶液解吸附后，重
金属离子的脱附率在90%以上。随后他们[20]又制备了肼改性的PAN纳米纤维膜，使得纤维膜对Cu2+的饱和吸附性能提高到了114mg/g。Horzum等[21]通过研究也发现，经偕胺肟基团修饰的聚丙烯腈纳米纤维膜不仅亲水性提高，而且对水溶液中的U6+具有较高的吸附效率，在pH=4.0时，对U6+的吸附率可达到85%。Pimolpun等[22]则采用DETA对聚丙烯腈纳
图 2 盐酸羟按与聚丙烯腈上腈基的反应
Fig.2 Reaction of hydroxylamine hydrochloride with PAN nitrile group.
米纤维膜进行了胺化处理，进一步的吸附研究表明，胺化后的纳米纤维膜对水体中金属离子的吸附明显优于普通的胺化聚丙烯腈纤维的吸附效果，对Cu2+、Ag2+、Fe2+、Pb2+的最大吸附量分别达到了150.6mg/g、155.5mg/g、116.5mg/g、60.6mg/g，且经10mol/l 的盐酸溶液解吸附后，纳米纤维膜可以很好的重复再生，且四种重金属离子的脱附率均在90%以上。最近，Li等[23]将硫代酰胺基团修饰的PAN纳米纤维膜用于吸附水溶液中的Au3+，当吸附温度在348K时，对Au3+最大吸附量达到了34.6mmol/g，其认为可能的吸附机理是物理吸附和化学吸附的共同作用,纳米纤维膜表面暴露的大量硫代酰胺基团将部分Au3+还原成了Au+和零价金（Au0）颗粒,纤维膜通过物理吸附将零价纳米金颗粒吸附到纤维膜表面，剩余的Au3+和Au+通过硫代酰胺基团进行螯合吸附。
2.1.1.2 多组分复合
有些含有功能基团的水溶性高分子及导电高分子材料（如PEI、PPy，PANI等）对重金属离子也具有明显的吸附效果，但却存在着可纺性差、在水溶液中的稳定性差等缺陷。为此，科研人员通过物理共混、原位聚合等方法制备了多组分复合的功能性纳米纤维膜吸附材料。
Min等[24]利用PVA作为助纺剂，通过湿法静电纺丝制备了交联的PEI/PVA复合纳米纤维膜，其发现掺杂有PVA的PEI纳米纤维形态更加均匀，同时纤维膜对水溶液中的Cu2+、Cd2+、Pb2+的吸附性能也得到了提升，饱和吸附量分别达到了70.92mg/g、121.95mg/g、94.34mg/g，经EDTA解吸附后，具有良好的循环利用性。随后，他们又制备了[25]PES/PEI 复合纳米纤维膜，使得纤维膜对Cu2+、Cd2+的吸附量分别提高到161.29mg/g、357.14 mg/g，他们认为复合纤维膜对重金属离子的吸附过程为放热过程。
最近，研究人员等[26]将静电纺丝技术结合原位聚合法制备了核-壳结构的PAN/PPy复合纳米纤维膜，并进一步研究了其在多种离子共存的情况下对Cr6+吸附性能，他们发现水溶液中Cu2+、Ni2+的存在略微降低了复合膜对Cr6+的吸附量，这可能是由于不同重金属离子的竞争性吸附所引起的，但同时也表明了复合膜对Cr6+具有较好的选择吸附性，并且经5次循环使用，对Cr6+吸附率仍达到了80%。最近，他们又采用了[27]相同的方法制备了核-壳结构的PAN/PANI复合纳米纤维膜，该复合膜对Cr6+也具有明显的选择吸附性，平衡吸附量达到了52mg/g。
2.2 有机-无机复合纳米纤维
为了进一步提高纳米纤维膜的比表面积及其对重金属离子的吸附性能，科研人员制备了以聚合物纳米纤维为载体的有机-无机复合纳米纤维膜，无机材料不仅可以提高纤维膜的机械性能、热稳定性等性能，而且有机-无机复合纳米纤维膜可以形成介孔纳米纤维，可进一步提高纤维膜的比表面积,从而有效增加纤维表面的吸附位。
Xiao等[28]通过将多壁碳纳米管增强的PAA/PVA 复合纳米纤维膜浸入到0.18mol/l的Fe3+溶液中，利用PAA的游离羧基络合Fe3+并将其还原成零价铁（Fe0）纳米颗粒，从而使纤维膜表面均匀的分散着大约1.6nm的零价铁纳米颗粒，对Cu2+的吸附结果表明，零价铁纳米粒子提高了纤维膜的比表面积，并且由于Fe0的强还原性，使得Cu2+被大量吸附并被Fe0还原沉积到纳米铁颗粒的表面形成Fe/Cu合金，最大吸附量达到了78.3mg/g。Xu等[29]利用溶胶凝胶-静电纺丝技术并结合水热法制备TPFE/铁醇盐复合纳米纤维膜，随着铁醇盐的水解，铁氧化物逐渐在TPFE纤维表面生长，从而形成了以TPFE为核，铁氧化物为壳的分层复合纳米纤维，在研究该复合膜对Cr6+吸附效果时发现，纤维膜上的铁氧化物通过静电相互作用对Cr6+进行吸附，同时较低的pH诱导铁氧化物把Cr6+还原成了Cr3+，从而降低了铬离子的毒性。上述两个过程，几乎去除了水溶液中全部的Cr6+，复合膜经多次的循环利用，仍具有较高的吸附效率。Li等[30]在研究PA6/Fe x O y复合纳米纤
维膜对Cr6+的吸附效果时，也得出了相同的结论。
Ahmed等[31]则通过对溶胶凝胶-静电纺丝法制备的PVP/SiO2介孔纳米纤维膜进行功能化改性，在纤维表面成功引入胺基，研究表明功能化的复合膜在大约20min的时间里吸附了水溶液中97%的Cr3+并达到吸附平衡，且经盐酸溶液解吸附后仍具有较好的吸附效果，明显优于传统的吸附材料。Irani 等[32]通过实验也发现，胺基修饰的PVA/SiO2纳米纤维膜显著提高了对Cd2+的吸附性能，最大吸附量达到了143.8mg/g，经过8次的吸附-解吸附之后，吸附量仍达到了128.19mg/g。其后，Teng等[33]又通过实验发现，在多种重金属离子共存的情况下，硫醚基（-S-）修饰的PVP/SiO2复合膜对Hg2+具有较高的选择吸附性，并可以在较短时间内达到吸附平衡（少于30min），经2mol/l的盐酸溶液解吸附后，Hg2+脱附率达到了98%，经3次循环吸附后对Hg2+吸附率仍达到了89.52%。Wu等[34]则采用疏基（-SH）对PVA/SiO2介孔纳米纤维膜进行修饰，使得复合膜对Cu2+的吸附量提高到了489.12mg/g。最近，Abbasizadeh等[35]研究了疏基(-SH)修饰的PVA/TiO2介孔纳米纤维膜对水溶液中放射性离子的吸附性能，他们发现经疏基修饰的复合膜对U6+和Th4+的吸附性能显著提升，利用朗缪尔等温吸附模型拟合计算得出，对U6+和Th4+的最大吸附量达到了191.6mg/g和238.1mg/g，在两种放射性离子共存并且浓度相同的情况下，复合膜对Th4+ 具有选择吸附性，Th4+ 对U6+具有一定的抑制吸附效果。随着两种离子浓度的增大，虽然Th4+对U6+的抑制吸附作用越强，但纤维膜对二者的吸附量均出现明显下降，这可能是由于浓度的增大使得两种离子的竞争性吸附加剧所引起的。
2.3 无机纳米纤维
经各种功能基团修饰的无机纳米颗粒或粉末吸附剂对重金属离子吸附效果显著，但由于其较高的表面能，在水溶液中容易团聚，明显降低了其吸附效率且难以实现二次分离，不利于循环利用。而通过以高聚物材料为载体，利用静电纺丝技术并结合高温煅烧或有机溶剂溶解等手段制备的无机纳米纤维膜，不仅具有优良的物化性能，而且较大的比表面积显著提高了其对重金属离子的吸附效率，同时纤维形态的无机吸附材料也为有效的循环利用提供便利。
Li等[36]报道了以PAN为载体制备了疏基（-SH）改性的PAN/SiO2复合纳米纤维，通过DMF溶解掉PAN 组分后制备了带状疏基化的SiO2纳米纤维膜，在研究其对于Hg2+的吸附过程中发现，带状纳米纤维不仅提高了纤维膜的比表面积，同时为Hg2+在吸附过程中提供了便捷的传送通道，可在约30min的时间内达到吸附平衡，相应吸附量达到了57.49mg/g。Ma等[37]通过静电纺丝技术制备了核壳结构的双层SiO2纳米纤维膜，经疏基修饰后纤维膜对Cd2+的平衡吸附量从18.09mg/g提高到了30.22mg/g，平衡吸附时间缩短到了10min。Mahapatra等[38]通过把溶胶凝胶-静电纺丝法制备的PVP/Al(CH3COO)3复合纳米纤维膜，经高温煅烧得到了纯Al2O3纳米纤维膜，其发现该无机纤维膜对水溶液中Cr6+具有良好的吸附性能。最近[39]，他们又通过类似的方法制备了Fe2O3-Al2O3无机混合纳米纤维膜，他们发现该无机混合膜对水溶液中Ni2+、Pb2+、Hg2+具有良好的吸附效果，饱和吸附量分别达到了32.36mg/g、23.75mg/g、63.69mg/g，吸附后的纤维膜在稀盐酸溶液中可以较好的重复再生，循环使用4次后仍有明显吸附效果。
3结束语
综上所述，静电纺纳米纤维膜对重金属离子的吸附性能明显优于传统的吸附分离材料，但距离实际应用还有许多待解决的问题。首先，在实际水环境中大部分是多种重金属离子共存的情形，而上述对纳米纤维膜在重金属离子吸附方面的研究，多数是在单组份的重金属离子溶液中进行的，如何通过材料的选择和改性手段制备出在多种重金属离子共存的情况下对目标重金属离子具有较高选择性吸附的功能性纳米纤维膜将成为今后研究的重点方向。其次，相关研究人员对于纳米纤维膜多数采取的是静态的吸附研究，对于纤维膜在动态吸附方面的研究机理仍需完善。再次，纳米纤维膜吸附重金属离子目前仍处于实验室研究阶段，由于受静电纺丝过程所限，纳米纤维只受到了静电场力的牵伸，并且多数情况下是纳米纤维无序堆积形成的纤维膜，从而造成了膜的强度不高的问题，而如何从根本上解决这个问题也成为纳米纤维膜在重金属离子吸附方面实际应用的一个关键。但相信随着静电纺丝技术
的进一步深入研究以及材料改性技术的进步，将有望通过静电纺丝技术制备出更高效、性能更优的纳米纤维吸附材料。
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静电纺纳米纤维与药物控制释放(陈义旺)
静电纺纳米纤维与药物控制释放 陈义旺博士、教授、博士生导师、洪堡学者。南昌大学化学系主任，理学院副院长。 摘要 将抗肿瘤药物通过静电纺丝的方法装载到纳米纤维中以实现药物的控制释放，载药纳米纤维具有较低的药物突释效应，延长药物释放时间，并且从纳米纤维中缓释的抗肿瘤药物能很好地抑制HepG-2细胞的生长。负载抗肿瘤药物的电纺纳米纤维膜纤维能很好的应用于药物缓释系统，对肿瘤进行定位治疗及癌症手术后的化疗有很好的应用前景。 药物的控制释放一直是药物治疗领域中的重要课题。纳米纤维具有纵横交错的纳米孔结构、尺寸可控性好、比表面积大，是一种良好的新型载药系统；纳米纤维是封装药物的理想材料，它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内，还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装[1,2]。因此，纳米纤维及其复合材料在药物控释系统、组织工程支架、伤口敷料等领域均得到了广泛的应用[3,4]。 研究内容 1.溶液电纺或乳液电纺PEG-PLLA/明胶复合纤维纳米纤维担载亲水/疏水药物控制释放及抗肿 瘤活性研究[5-7]应用。PEG-PLLA纳米纤维作为大环内酯类抗生素药物布雷菲德菌素A（BFA）的控制释放系统，用HPLC测定药物BFA在PBS溶液中的释放曲线，结果表明药物可以长时间的控制释放。用MTT法对含有3%，6%，9%，12%和15%BFA的纳米纤维进行体外抗肿瘤活性测试（人肝癌HepG2细胞），细胞生长抑制率在72h分别为64%，77%，80%，81%和85%。结果证明担载BFA的PEG-PLLA纳米纤维（BFA/PEG-PLLA）的对药物BFA 有很好的控释效果，适合癌症的术后化疗。通过乳液电纺方法成功将亲水药物头孢拉定及疏水的药物五氟尿嘧啶装载入PLGA纤维中，同时装载天然蛋白明胶来提高纤维的细胞粘附能力。装载明胶的纤维具有很好亲水性及力学性能，乳液电纺纤维具有低的药物突释效应，具有低的毒性
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景..
静电纺丝技术研究及纳米纤维的应用前景 引言： 术语“电纺”来源于“静电纺丝”。虽然电纺这一术语是20世纪90年代才开始使用，但是其基本思想可以追述到60年前。1934一1944年间，FomalaS[1]申请了一系列的专利，发明了用静电场力来制备聚合物纤维的实验装置。1952年，vonnegut和NeubauerI53)发明了电场离子化技术，得到了粒径(0.lmm)均匀、带电程度高的线流。1955年，Drozin进行了不同液体在高电压下，形成气溶胶的研究。1966年，Simons发明了一种装置，用静电场纺丝法制备出了很轻超薄的无纺织物，他在研究中发现，低浓度溶液纺出的纤维较短且细;高浓度溶液纺出的纤维长且连续[2]。1971年，Baumgarten采用静电纺丝法制备出了直径在0.05u m一1.1um的丙烯酸纤维。自从80年代，特别是近些年，由于纳米技术的兴起，使得静电纺丝技术再度引起了纳米材料研究人员的高度关注。采用静电纺丝技术可以很容易的制备出直径在几百微米到几百纳米甚至几十纳米的高质量纤维。目前为止，己经有近上百种高分子采用静电纺丝技术被纺成纳/微米纤维。这些纳/微米纤维有些己经广泛应用于纳米复合材料、传感器、薄膜制造、过滤装置，以及生物医用材料的加工和制造上。本文立足于静电纺丝技术的研究现状，分别从材料的化学组成、纤维的分布方式和特殊结构形态三个方面进行了阐述。同时，概括并展望了纳米纤维的应用领域与前景。 1静电纺丝的基本原理 在电纺丝过程中，喷射装置中装满了充电的聚合物溶液或熔融液。在外加电场作用下，受表面张力作用而保持在喷嘴处的高分子液滴，在电场诱导下表面聚集电荷，受到一个与表面张力方向相反的电场力。当电场逐渐增强时，喷嘴处的液滴由球状被拉长为锥状，形成所谓的“泰勒锥”(Taylorcone)[3-6]。而当电场强度增加至一个临界值时，电场力就会液体的表面张力，从“泰勒锥”中喷出。喷射流在高电场的作用下发生震荡而不稳，产生频率极高的不规则性螺旋运动。
生物吸附法去除重金属离子的研究进展
生物吸附法去除重金属离子的研究进展 摘要：本文主要对生物吸附去除重金属离子污染的研究现状进行了综合评述。 首先，介绍了重金属污染的危害和传统去除重金属离子的技术存在的局 限性，指出生物吸附法作为新兴的处理方法的优势；然后，讨论了生物 吸附剂的来源及特点，生物吸附重金属的机理研究，影响重金属生物吸 附的因素以及重金属离子的解析；最后，展望了生物吸附在去除重金属 离子的前景，也提出了其存在的局限性。 1前言 重金属一般指密度大于4.5克每立方厘米的金属，如铅(Pb)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)、铜(Cu)、金(Au)、银(Ag)等。这些难降解的重金属随工业废水的超量排放对环境构成威胁,通过食物链在生物体富集,破坏生物体正常代活动,危害人体健康。自从日本发生轰动世界的水俣病(汞中毒)和痛疼病(镉中毒)后,如何治理重金属废水,已经受到科学家们的普遍关注[1]。因此，有效地处理重 金属废水、回收贵重金属已经成为当今环保领域和食品安全领域中重要的课题。 目前处理含重金属废水的方法主要有化学沉淀、溶解、渗析、电解、反渗透、蒸馏、树脂离子交换与活性炭吸附等。各种方法的优缺点如表一所示. 表1 去除重金属离子传统技术[2] Table 1 Conventional technologies for heavy metal removal 处理方法优点缺点 化学沉淀和 过滤简单、便宜对于高浓度的废水,分离困难效果较差,会产 生污泥 氧化和还原无机化 需要化学试剂生物系统速率慢 电化学处理可以回收金属价格较贵 反渗透出水好,可以回用 需要高压膜容易堵塞价格较贵 离子交换处理效果好,金属可以回 收 对颗粒物敏感 树脂价格较贵 吸附可以利用传统的吸附剂 (活性炭) 对某些金属不适用 蒸发出水好,可以回用 能耗高价格较贵产生污泥
静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维
作者简介: 李 静(1985-),女,河南人,江南大学生态纺织教育部重点实验室硕士生,研究方向:纳米材料和锂离子电池材料;乔 辉(1982-),男,山东人,江南大学生态纺织教育部重点实验室副教授,博士,研究方向:新能源材料等,本文联系人;魏取福(1964-),男,安徽人,江南大学生态纺织教育部重点实验室教授,博士生导师,研究方向:功能纤维材料。基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金(JU SRP11102),江苏省自然科学基金(BK2010140) 静电纺丝法制备的多孔碳纳米纤维 李 静,乔 辉,魏取福 (江南大学纺织服装学院,生态纺织教育部重点实验室,江苏无锡 214122) 摘要:用静电纺丝法制备了聚丙烯腈(PA N)/聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)复合纳米纤维,经预氧化、高温炭化,制备用作锂离子电池负极材料的碳纳米纤维(CN F)。透射电子显微镜(T EM )和比表面积分析发现:制备的CN F 具有多孔结构,比表面积达到572 9m 2 /g,平均孔径为33 6nm 。以50mA/g 的电流在0 01~3 00V 循环,制备的多孔CN F 的首次放电比容量为333 3mA h/g,第20次循环的可逆比容量为231 8mA h/g,充放电效率近90%。关键词:静电纺丝法; 碳纳米纤维(CN F); 多孔结构; 负极材料; 充放电性能中图分类号:T M 912 9 文献标识码:A 文章编号:1001-1579(2011)03-0132-03 Porous carbon nanofibers prepared by electrospinning technique LI Jing,QIAO Hui,WEI Qu fu (Key Labor atory of Eco T ex tiles of M inistry of Education ,College of T ex tiles&Clothing, J iangnan University ,Wux i,Jiangsu 214122,China) Abstract:Polyacr ylonitrile (PAN)/poly(methyl methacry late)(PM M A)co mposite nanofibers w er e prepared by electrospinning technique,then porous carbon nanofibers (CNF )as anode material for L i ion batter y were obtained by pr e ox idation and high tem perature carbonat ion T he analyses of transmission electron microscopy (T EM )and specific surface area showed that the as pre pared CNF had por ous structure,the specific sur face area was 572 9m 2/g,t he mean pore size was 33 6nm When cycled in 0 01~3 00V with the curr ent of 50mA /g,the initial specific discharg e capacity of the as pr epar ed porous CN F w as 333 3mAh/g,the r ev ersible specific capacity was 231 8mAh/g at t he 20th cycle,the charge discharge efficiency w as near 90% Key words:electrospinning ; carbon nanofibers (CNF ); porous structure; anode material; charge discharge performance 锂离子电池所用的碳负极材料,主要为石墨类材料和 低温热解碳。碳材料在首次充放电时表面会形成钝化膜,造成容量损失;且碳的电极电位与锂的很接近,当电池过充时,金属锂可能在负极表面析出,形成枝晶而引发安全问题,并导致容量降低。纳米材料,如碳纳米管(CNT )、纳米石墨、纳米合金和纳米氧化物等,已成为锂离子电池负极材料的研究重点,并有望取代碳材料用于锂离子电池[1]。 碳纳米纤维(CN F)的直径一般为10~500nm,是介于CN T 和普通碳纤维之间的准一维碳材料,具有较高的结晶取向度、较好的导电和导热性能,可用作超级电容器和锂离子电池的负极材料。L W Ji 等[2-3] 发现:CNF 作为锂离子 电池负极材料的储锂比容量达566mA h/g,首次循环的库仑效率为66%,且循环性能较好,第50次循环的可逆比容量仍有435mAh/g 。刘鸿鹏等 [4] 通过化学气相沉积(CVD )法制 备了CN F,首次嵌锂比容量达533mAh/g,第25次循环的可逆比容量保持在274mAh/g 。 静电纺丝法的工艺简单、成本低,是目前唯一可制备连续纳米级碳纤维的方法[5]。本文作者采用该方法,先制备聚丙烯腈(PAN )/聚甲基丙烯酸甲酯(PM M A)复合纳米纤维,再经预氧化、高温炭化,得到多孔CN F 。 第41卷 第3期2011年 6月电 池BAT T ERY BI MO NT HL Y Vol 41,No 3Jun ,2011
超疏水静电纺丝纳米纤维
超疏水静电纺丝纳米纤维 摘要：这篇文章介绍了最先进的静电纺丝纳米纤维的科技发展，以及它在自清洁簿膜、智能响应材料和其他相关领域的应用。超疏水自清洁，也成为“荷叶效应”，就是利用表面化学结构和拓扑学的正确结合，在表面形成了一个非常大的接触角并且通过重力使水带着表面上的污垢、颗粒以及其他污染物离开表面。本文简单介绍了超疏水自清洁的理论和静电纺丝过程中的基本原则，为了生成超疏水自清洁表面还讨论了静电纺丝过程的各种参数，这些参数可以有效的控制疏水实体的多渗透性结构的粗糙度，静电纺丝在纳米尺寸上的主要原则以及在通过静电纺丝合成一维材料时存在的困难也被完全的隐藏。另外，本文还比较了不同的静电纺丝纳米纤维的超疏水性能以及它们的科技应用。 关键字：超疏水静电纺丝纳米纤维性能应用展望
Superhydrophobic electrospun nanofibers Abstract: This review describes state-of-the-art scientific and technological developments of electrospun nanofibers and their use in self-cleaning membranes, responsive smart materials, and other related applications. Superhydrophobic self-cleaning, also called the lotus effect, utilizes the right combinations of surface chemistry and topology to form a very high contact angle on a surface and drive water droplets away from it, carrying with them dirt, particles, and other contaminants by way of gravity. A brief introduction to the theory of superhydrophobic self-cleaning and the basic principles of the electrospinning process is presented. Also discussed is electrospinning for the purpose of creating superhydrophobic self-cleaning surfaces under a wide variety of parameters that allow effective control of roughness of the porous structure with hydrophobic entities. The main principle of electrospinning at the nanoscale and existing difficulties in synthesis of one-dimensional materials by electrospinning are also covered thoroughly. The results of different electrospun nanofibers are compared to each other in terms of their superhydrophobic properties and their scientific and technological applications. Key words: superhydrophobic; electrospinning; nanofibers; properties; applications; outlook
静电纺纳米纤维的工艺原理_应用及发展前景
静电纺纳米纤维的工艺原理、应用及发展前景 付文丽,康为民,程博闻,李全祥 (天津工业大学,天津 300160) 摘 要:静电纺丝是一种新技术,它可制备出直径为纳米级的丝,最小直径可至1nm 。本文介绍了电纺丝制备原理、设备、影响纤维性能的主要工艺参数,综述了静电纺纳米纤维的应用及其发展前景。 关键词:纳米材料;纳米纤维;静电纺丝 中图分类号:TQ340.64 文献标识码:A 文章编号:1009-265X (2009)01-0051-04 收稿日期:2008-05-10 作者简介:付文丽(1983- ),女,山东青岛人,硕士研究生, 主要从事纺织新材料新产品的研究开发。 静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的基本方法。这一技术的核心是使带电荷流体在静电场中流动与变形,最终得到纤维状物质,从而为高分子成为纳米功能材料提供了一种新的加工方法。由于纳米纤维具有许多特性,例如纤维纤度细、比表面积大、孔隙率高,因而具有广泛的应用。1 静电纺技术 静电纺是一项简单方便、廉价而且对环境无污染的纺丝技术。早在20世纪30年代,Formals A [123]就已经在其专利中报道了利用高压静电纺丝, 但是直到近几年,由于对纳米科技研究的迅速升温,激起了人们对这种可制备纳米尺寸纤维的纺丝技术进行深入研究的浓厚兴趣。111 静电纺技术的基本原理 静电纺丝技术(Electrospinning fiber technique ) 是使带电的高分子溶液(或熔体)在静电场中流动变形, 经溶剂蒸发或熔体冷却而固化,从而得到纤维状物质的一种方法。对聚合物纤维电纺过程的图式说明见图1。 图1 静电纺丝设备示意图 静电纺丝机的基本组成主要有3个部分:静电高压电源、液体供给装置、纤维收集装置。静电高压电源根据电流变换方式可以分成DC/DC 和AC/DC 两种类型,实验中多用DC/DC 电源。液体供给 装置是一端带有毛细管的容器(如注射器),其中盛有高分子溶液或熔体,将一金属线的一端伸进容器中,使液体与高压电发生器的正极相连。纤维收集装置是在毛细管相对端设置的技术收集板,可以是 金属类平面(如锡纸)或者是旋转的滚轮等。收集板用导线接地,作为负极,并与高压电源负极相连。另外随着对实验要求的提高,液体流量控制系统也被渐渐的采用,这样可以将液体的流速控制得更准确。 电场的大小与毛细管口聚合物溶液的表面张力有关。由于电场的作用,聚合物溶液表面会产生电荷。电荷相互排斥和相反电荷电极对表面电荷的压缩,均会直接产生一种与表面张力相反的力。当电场强度增加时,毛细管口的流体半球表面会被拉成锥形,称为Taylor 锥。进一步增加电场强度,是用来克服表面张力的静电排斥力到达一个临界值,此时带电射流从Taylor 锥尖喷射出来。带电后的聚合物射流经过不稳定拉伸过程,变得很细很长。同时溶剂挥发,得到带电的聚合物纤维。112 静电纺制备纳米纤维的装置 目前尚无用于实验的定型的静电纺丝机生产和出售,各研究单位均按照其主要的基本构件(高压静电发生器、进样器、收集器3部分),根据各自的条件自行安装。 Larrondo L 和Manley [4]设计出用于熔体的静 电纺丝机,如图2。 其中的主要部件分别为:1不锈钢圆筒;2不锈钢壁;3传热夹套;4加热管;5保温层;6热电偶;7不锈钢圆筒下口;8不锈钢毛细管;9毛细孔;10石棉板;11活塞;12液压泵;13金属压板;14喷丝孔;
静电纺纳米纤维膜用于重金属离子吸附的研究进展
静电纺纳米纤维膜用于重金属离子吸附的研究进展 摘要静电纺丝制备的纳米纤维膜具有较高的比表面积和孔隙率，在重金属离子吸附领域有着广泛的应用前景。 本文在简要阐述纳米纤维膜吸附重金属离子机理的基础上，主要从有机纳米纤维膜、有机-无机复合纳米纤维膜、及无机纳米纤维膜等3个方面，介绍了近年来静电纺纳米纤维膜对重金属离子的吸附性能及其相关的研究进展，并针对目前纳米纤维膜吸附重金属离子应用研究中存在的一些问题给出了建议，为纳米纤维膜吸附重金属离子的后续研究提供参考。 关键词静电纺；纳米纤维；吸附；重金属离子 0 引言 随着工业化进程的不断加快，由金属冶炼及化工生产废水排放等人为因素造成的重金属离子污染水源问题日益严峻，严重威胁到人类的健康[1,2]。为此，相关科研人员对重金属离子的污染问题进行了深入的研究，采取了多种措施对受污染的水体进行处理和修复。目前，已报道的去除水体中重金属离子的方法有：反渗透[3]、离子交换[4]、电化学沉降[5]、氧化还原[6]、生物处理及吸附技术[7]。其中，吸附技术因易操作、高效、可重复利用、成本低而备受关注[8,9]。而比表面积大的多孔材料对重金属离子具有良好的吸附效果[2]，通过静电纺丝制备的纳米纤维膜恰好具有高比表面积、高孔隙率以及内部连通的开孔结构等突出优势，从而使其在重金属离子的吸附分离方面表现出较好的吸附性能和循环利用性。 1纳米纤维膜吸附重金属离子机理 同大多数吸附材料的原理相同，纳米纤维膜对重金属离子的吸附也是一种传质过程，重金属离子通过物理作用或化学反应从液相转移到纤维膜上[10]。如图1所示[11]，纳米纤维膜对水溶液中重金属离子的吸附主要为物理吸附和化学吸附：其中物理吸附主要是通过静电相互作用（带正电荷的重金属离子与带负电基团之间的静电相互作用，约2～4个负性基团结合一个重金属离子），将重金属离子吸附到纤维表面。而化学吸附则是纤维表面的功能基团对重金属离子的螯合吸附作用（由纤维膜上的功能基团提供孤对电子与重金属离子形成配位共价键）。由于纳米纤维膜具有较高的比表面积，从而使纤维表面暴露出更多的功能基团，明显增加了纤维表面对重金属离子的吸附位数量，显著提高了纤维材料对重金属离子的吸附分离性能。 图 1 纳米纤维吸附重金属离子原理示意图 Fig.1 The mechanism of nanofiber mats for heavy metal ion adsorption 2纳米纤维膜吸附重金属研究进展 由于静电纺纳米纤维膜在重金属离子吸附方面展现出的优异性能，近年来，相关的科研人员进行了大量制备和改性的研究工作，本文分别从有机纳米纤维、有机-无机复合纳米纤维、无机纳米纤维等方面进行简要阐述。 2.1 有机纳米纤维 2.1.1 天然高分子纳米纤维
吸附重金属离子
几种吸附材料处理重金属废水的效果 来源：考试吧（https://www.360docs.net/doc/5216251571.html,）2006-3-5 13:27:00【考试吧：中国教育培训第一门户】论文大全 摘要用室内分析的方法研究了几种吸附材料对含铬、铜、锌、铅的废水的吸附处理效果。结果表明，在几种吸附材料中，以活性炭的吸附量和去除率比较高，且吸附量随废水中重金属含量的降低而减小，除铬外，其他离子的去除率则以低浓度时比较高。所有吸附材料均对铅的吸附量比较大，改性硅藻土和改性高岭土对重金属的吸附量也比较大，宜于在重金属处理中作为吸附剂推广使用。 关键词吸附材料重金属废水吸附率吸附量 近年来，含有重金属的废水对人类的生活环境造成了巨大的危害，重金属离子随废水排出，即使浓度很小，也能造成公害，严重污染环境，影响人们的健康。所以，研究如何降低废水中重金属的含量，减轻重金属对环境的污染具有重大意义。目前，去除废水中重金属的方法主要有三种：一是通过发生化学反应除去废水中重金属离子的方法[1]；二是在不改变废水中的重金属的化学形态的条件下对其进行吸附、浓缩、分离的方法；三是借助微生物或植物的絮凝、吸收、积累、富集等作用去除废水中重金属的方法。其中吸附法是比较常用的方法之一。本试验采用物理吸附的方法研究几种吸附材料处理含重金属废水的效果，以便找出比较高效和便宜的吸附材料，为降低处理含重金属的废水成本和增加经济效益服务。 1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 吸附材料实验所用吸附剂除黄褐土外均来自于安徽科技学院资源与环境实验室，部分吸附材料在查阅文献的基础上进行了化学改性[3，4]。所用的吸附材料包括改性硅藻土、酸改性高岭土、改性高岭土、活性炭和黄褐土。改性硅藻土的处理过程为：将40 g硅藻土加入到0.1 mol/L的Na2CO3溶液中，边搅拌边慢慢地加入饱和的CaCl2溶液。反应结束后，过滤，置于烘箱内 105 ℃条件下干燥。酸改性高岭土的处理过程为：将高岭土过100目筛，在850 ℃煅烧5 h后，取一定量的高岭土加盐酸浸没，在90 ℃恒温下处
静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展_李蒙蒙
基金项目:国家自然科学基金(20904037)、江苏省自然科学基金(BK2009141); 作者简介:李蒙蒙(1988-),男,硕士研究生,主要从事静电纺丝制备纳米材料及其性质等方面的研究; ＊通讯联系人,E -mail :dy yang2008@sinano .ac .cn . 静电纺丝纳米纤维薄膜的应用进展 李蒙蒙1,2,朱 瑛1,仰大勇1＊,蒋兴宇3,马宏伟1 (1.中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所,苏州 215125; 2.青岛大学物理科学学院,青岛 266071; 3.国家纳米科学中心,北京 100190) 摘要:静电纺丝是一种简单而高效制备高分子微纳米纤维的技术,由于设备和实验成本低、纤维产率高、制 备出的纤维比表面积比较大、适用性广泛等独特的优势,近些年来备受关注。静电纺丝的应用是静电纺丝研究 的最基本动力和终极目标,因此成为研究者一直努力的方向。为了研究静电纺丝应用的研究现状和主要发展 方向,本文综述了静电纺丝纳米纤维薄膜几个主要的应用领域,包括组织工程、药物缓释、纳米传感器、能源应 用、生物芯片和催化剂负载等,并展望了未来可能的发展方向。 关键词:静电纺丝;纳米纤维薄膜;应用进展 引言 静电纺丝是一种简便易行、可以直接从聚合物及复合材料制备连续纤维的方法,其制备的纳米纤维薄膜通常是以无纺布形式存在的。静电纺丝技术具有一些突出的优点:设备和实验成本较低,纤维产率较高,制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内),并且适用于许多不同种类的材料。这些优点使静电纺丝纳米纤维薄膜在许多领域具有广泛的潜在应用 [1～6]。静电纺丝的原理和设备如图1(a )所示[7],高压电源提供高压,正极接在医用注射器的不锈钢针头上, 负极(接地)接在铝箔上。电压一般在5kV 到30kV 之间,针头到收集极间的距离(工作距离)一般在5cm 到20cm 之间。实验时,将纺丝溶液装入注射器内,并加上高压。由于高压电场的作用,在针头处形成“泰勒锥”。溶液在高电压作用下形成射流,并经过多次分裂,同时溶剂快速挥发,在收集板上就得到了微纳米尺度的纤维,如图1(b )&(c )所示 。 图1 (a )静电纺丝的装置示意图及得到的聚合物纳米纤维的(b )数码照片和(c )电镜照片[7] Fig ure 1 (a )Schematic illustration of electr ospinning se t -up ;(b )Dig ital came ra imag e and (c )SEM image o f electro spun nanofiber s co llected on an aluminum fo il [7] 近年来,静电纺丝逐渐成为材料科学与纳米科技的研究热点之一,吸引着全世界的科技工作者。纵观近期已发表的相关文献,研究的内容包括以下几个方面:(1)新材料静电纺丝的制备,主要包括生物材
水中重金属离子吸附研究
水中重金属离子吸附研究 1 引言 重金属作为一类常规的水体污染物,因其具有毒性较高,无法降解等特点,成为水体污染物中危害极大且备受关注的一种.随着工业的发展,重金属的污染问题日益突出.目前为止,对于水体的重金属污染,主要的处理方法包括吸附法、化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、生物絮凝法等.其中,吸附法拥有材料便宜易得,操作简单,重金属处理效果较好等优点,因而被研究者所重视. 吸附法是使重金属离子通过物理或者化学方法粘附在吸附剂的活性位点表面,进而达到去除重金属离子目的的方法,常用的吸附剂包括天然材料和人工材料两种,天然材料包括活性炭(Mouni et al., 2011)、矿物质(Kul and Koyuncu, 2010)、农林废弃物(谭优等,2012)、泥沙(夏建新等,2011)等,人工材料包括纳米材料(黄健平和鲍姜伶,2008)等.一般来说,天然材料较易获取,成本较低,但吸附效果较差,人工材料制备成本高于天然材料,但吸附效果较好. 由Kasuga于1998年首次合成的钛酸盐纳米管(Titanate Nanotubes,TNTs)是近年来新兴的人工吸附材料(Kasuga et al., 1998).由于TNTs表面积大,管径小,表面富含大量离子交换位点(Liu et al., 2013;Wang et al., 2013a; Wang et al., 2013b),使得TNTs拥有极强的重金属离子吸附性能,研究证明其对水中的Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)吸附能力分别超过了500 mg·g-1和200 mg·g-1,远超于其他吸附材料(Xiong et al., 2011).同时,由于其良好的沉降性能和极快的吸附速率,以及易于解吸再生的特点(Wang et al., 2013b),使得TNTs拥有良好的研究价值和应用潜力. 然而,传统的TNTs合成方法以P25型TiO2为钛前驱体,需130 ℃水热反应72 h(Wang et al., 2013a; Liu et al., 2013),较长的高温反应时间带来了较高的能量消耗,限制了其在工业上的应用前景(Ou and Lo, 2007).为了克服这此缺陷,本文采用纳米级锐钛矿作为反应的原材料,成功的将水热反应时间缩短为6 h,大大节约了生产制备的成本,为TNTs在实际工业领域的应用创造了便利条件.同时,文章中利用TEM、XRD和FT-IR等多种表征手段对新制备的材料进行了表征,并研究了其对重金属离子的吸附行为,证实了新制备的材料具有良好的重金属吸附效果及吸附选择性. 2 材料与方法 2.1 实验试剂与仪器 本研究中的使用的化学试剂均为分析纯或以上.TiO2(锐钛矿颗粒,99.7%,平均粒径25 nm)购于Sigma-Aldrich 公司;NaOH、HCl、无水乙醇等(分析纯)和KBr(光谱纯)购于国药集团化学试剂有限公司;PbCl2(>99.5%)、CdCl2·2.5H2O(>99.0%)和CrCl3·6H2O(>99.0%)用以配制相应的重金属储备液,均购自天津市光复精细化工研究所.分别称取0.6711 g PbCl2、1.0157 g CdCl2·2.5H2O和2.5622 g CrCl3·6H2O于500 mL容量瓶中,用以配制1000 mg·L-1的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Cr(Ⅲ)储备液. 2.2 TNTs的合成与表征
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用
静电纺丝纳米纤维在过滤材料中的应用 戚妙北京永康乐业科技发展有限公司 １．静电纺过滤材料简述 一般说来，人们对于过滤材料原材料的甄选基本会在以下几种材料中进行：天然纤维、合成纤维、玻璃纤维、陶瓷、矿物等等[1-2]。按照不同的加工工艺这些过滤材料可分为以下几类[3]：①机织物、针织物、编织网和纤维束等；②纺粘和熔喷无纺布；③多孔陶瓷材料；④有机膜和无机膜材料； ⑤静电纺丝材料。 传统纤维过滤材料是直通的孔隙，其孔隙率也只有30%～40%[4]。从生产工艺流程角度审视，传统纤维织造过滤材料流程长，产品的生产效率低，主要通过经纬纱之间的孔隙进行过滤，滤料本身产生的阻力也比较大；且织造成型的过滤材料必须在其形成粉尘层之后，才能起到阻挡较小颗粒状物质的作用，如果过滤材料还没有形成粉尘层、过滤层清灰或者其它原因破坏了滤料的粉尘层时，就会导致传统纤维滤料的过滤效率大幅下降。 在过滤材料上运用静电纺丝技术有非常多的优点，现将其归纳成以下几个方面[5-9]。 （1）纤维直径小，均一性好。提高纤维滤材过滤性能的有效方法之一就是降低其纤维的直径，因为对于由直径数十微米的纤维制备出的纤维过滤器，随着纤维直径的降低滤材的过滤效率会得到提高。 （2）小孔径、高孔隙率及高通量。运用静电纺丝技术的纤维孔隙率可达80%～90%，这种结构的滤材在有效地去除亚微米级别以及微米级别的颗粒的同时，对水流只会产生较小的阻碍比。 （3）大比表面积、强吸附力。静电纺纤维有非常大的比表面积，这种结构大大地增加了颗粒沉积在纤维滤材表面的几率，这会对过滤的效果产生巨大的改观。其次，当过滤的颗粒非常小时，这些细小的颗粒会堆积在膜表面，产生所谓的“层效应”，也会使得静电纺丝薄膜的有效孔径尺寸显著下降。 （4）可再生性、节约环保。在实际的过滤过程中，大部分的杂质会留在静电纺丝薄膜的表面，只有其他很少的一部分颗粒会在静电纺薄膜内部和底部沉积，这就决定了该过滤材料方便清洁的特性，它的可持续再生的吸附功能有利于环保要求并会降低成本。 （5）低成本、种类多及工艺可控。静电纺丝已经是高效制备纳米级纤维材料的主要途径之一，它的优点甚多，可纺物质种类涵盖广、生产制造的装置简单、纺丝成本低廉、纺丝工艺可控等等。静电纺丝技术已经成功制备出多种纳米纤维，包括有机、有机/无机复合和无机纳米纤维。 目前应用静电纺丝技术的纳米纤维过滤材料已经可以应用于诸多高要求的过滤领域，其对直径在0.3um以下的颗粒，过滤效率可达到99.97%以上，也由于它出色的过滤精度，该材料具备了广泛应用于电子、生物、医药和防护等领域的前景[10]。 2.静电纺丝在过滤材料的应用 根据不同的应用领域可将对于静电纺丝过滤材料的研究分为以下三个方面： 2.1气体过滤
碳材料对重金属离子的吸附性实验
碳材料对重金属的吸附及gamma射线辐照还原 一：碳材料的选择 活性炭；活性炭纤维；碳纳米管；磁性多孔碳材料；氧化石墨烯①。 材料的选择主要考虑材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。然后再对材料进行一系列的预处理。 常用的处理方法： 1 化学试剂处理 2 辐射照射处理 3 共聚接枝 比如具有吸附能力碳纳米管（CNTs）的预处理，就是选用一定浓度的过氧化氢，次氯酸钠，硝酸，高锰酸钾溶液。吸附能力增强的几个原因。 二：材料的吸附 材料的吸附性实验，即是一种探究性优化实验。 资料中一般用材料吸附一些生活生产中常见的重金属污染物。如：镉离子，铜离子，铅离子，铬离子等等。随即研究这种材料在不同时间，不同的pH，不同的吸附剂用量。依此得出这种材料最佳的吸附条件。 最后绘制等温吸附曲线。用朗缪尔，弗罗因德等温吸附方程式拟合。继而进一步分析这种材料的吸附机理。 三：gamma射线的辐照还原 辐照还原的实质就是对已经吸附的重金属离子进行解析。使这种吸附材料能够重复利用。 附录： ①：其吸附机理可大致分为三大类：10 不发生化学反应，由分子间的相互引力
产生吸附力即物理吸附。20 发生化学反应，通过化学键力引起的化学吸附。30 由于静电引力使重金属离子聚集到吸附剂表面的带电点上，置换出吸附剂原有的离子的交换吸附。 活性炭对金属离子的吸附机理是金属离子在活性炭表面的离子交换吸附，同时还有金属离子同其表面含氧基团之间的化学吸附以及金属离子在其表面沉积而产生的物理吸附。 两个常用的等温式：langmuir，freundlich
斜对角线原则 材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。孔径跟比表面积。 材料对金属离子吸附效果的依赖性。 酸处理跟碱处理 酸处理会增加含氧官能团，酸性官能团，从而提高亲水性跟离子交换性能 碱处理会增加微孔数目。 典型制备方法： 将ACF GAC反复用蒸馏水冲洗至溶液的pH不变，再于80℃干燥过夜。 干燥过的ACF GAC 中分别加入1.0mol/l 硝酸溶液加热煮沸3h，再用蒸馏水洗涤，于80℃干燥过夜。 碱处理即把硝酸改为KOH溶液。 负载ZnO-GAC 碳纳米管吸附性好坏明显依赖溶液的PH和碳纳米管的表面状态。
刘延波谈静电纺纳米纤维技术
谈静电纺纳米纤维技术 刘延波 天津工业大学纺织学院，300160s 纳米纤维一般是指纤维的直径在纳米级范围。有些人把直径小于1μm的纤维称为纳米纤维，而有些人则定义直径小于0.3μm的纤维为纳米纤维，也有文献将纳米纤维定义为直径为纳米级、长度超过1μm的物质。美国国家科学基金会（NSF）定义纳米纤维为至少在一维空间尺度上小于100nm的纤维。无纺布工业一般认为直径小于1微米的纤维就是纳米纤维。另一方面，更广泛说来，传统纤维与纳米材料（零维、一维或三维）复合制得的纤维材料也可以称为纳米复合纤维材料或广义的纳米纤维材料。纳米纤维这种广泛的定义还可以延伸，即可以把纤维中包含有纳米结构，而且又赋予了新的物理性能的纤维都划入纳米纤维的范围。纳米纤维与人发的细度对比如图1所示。图2为纳米纤维的SEM图片。 纳米纤维材料特点及应用 纳米纤维直径一般在几个纳米到几个微米之间，极细的纤维直径使得纳米纤维具有极高的比表面积，因此具有极高的表面吸附性能；另一方面，由极细的纳米纤维构成的纤网、薄膜或非织造布又具有极小的孔隙尺寸和极高的孔隙率（低空气阻力）及静电驻留性，因此在表面吸附、过滤隔阻等方面具有广泛的应用，例如气体过滤、液体过滤、吸声防噪、生物医疗、能源电子、航空航天、农业防护、战争防护、食品安全、化妆品、纳米纤维增强复合材料等领域，部分应用如图3所示。具体包括： （1）气体过滤—工业气体、汽车发动机空气过滤以及汽车尾气过滤； （2）液体过滤—食品和药品过滤、血液过滤、海水淡化、水处理等； （3）特种防护—生化防护服、防毒面具、医疗防护服、特种工作服等； （4）能源电子—储能材料和电池隔膜； （5）生物医疗—生物传感器、组织工程支架、创伤敷料、药物传输载体、人造器官/血管，手术缝合线、医用口罩等等； （6）其它应用—包括吸声防噪、化妆用品、太阳镜、太阳帆等。
重金属离子的吸附性材料
摘要:许多工业废水如金属冶炼和矿物开采过程中含有铬，铜，铅，锌，镍等重金属离子这些废水中有可能含有较高浓度的重金属离子，这些重金属离子必须要从水中去除这些废水如果不经处理直接进入排水系统将对后续的生物处理产生影响含有CO32-的碳羟磷灰石碳羟磷灰石比纯羟基磷灰石HAP在室温下能更好地固化水溶性重金属离子Pb2+、Cd2+、Hg2+等在前人研究的基础上，为降低污水处理的成本，本文以废弃的鸡蛋壳为原料，尿素为添加剂，采用掺杂技术，合成新型的碳羟磷灰石吸附剂，用以处理含重金属离子废水最佳的制备条件是将经过预处理的鸡蛋壳磨成粉末，过30目筛，按摩尔质量比为11的比例加入到H3PO4溶液中并控制pH值在1～3，在30~40℃反应2～3h，过滤去除不溶物，按照11的比例添加尿素和CaOH2粉末，用NaOH调节pH值在9～12，在50~60℃条件下热处理24h，反应产物经冷却后，用1％的NH4Cl洗涤至中性，在60℃下干燥并粉碎得到碳羟磷灰石粉末利用扫描电镜和能谱仪对产物进行了观察、分析本研究中对碳羟磷灰石吸附重金属分为两个部分，包括碳羟磷灰石对单种重金属的吸附和碳羟磷灰石对重金属的同时吸附，分别考察单种金属离子和混合溶液的重金属离子浓度、pH值、时间、吸附温度对吸附效果的影响绘制了吸附等温线，对吸附过程的动力学和热力学进行了研究，然后又对吸附了重金属离子的产品进行了观察、分析最后对吸附了Zn2+的碳羟磷灰石分别用0.2molL的NaCl、0.2molL的NaNO3、pH=3.93的HAC、pH=4.93的HAC、0.05molL的CaCl2和0.1molL的CaCl2和超声波进行解吸研究结果表明碳羟磷灰石对Cd2+、Cu2+、Zn2+和Pb2+具有较强的吸附效果用2.5gL的碳羟磷灰石处理Cd2+废水，在Cd2+初始浓度为80mgL、温度为40℃左右、pH值为6、作用时间1h的条件下，去除率为93％左右碳羟磷灰石对Cd2+的吸附等温线符合Freundlich和Langmuir两种模式用2.5gL的碳羟磷灰石处理Cu2+废水，在Cu2+初始浓度为60mgL、温度为40℃左右、pH值为6、作用时间1h的条件下，去除率为93.17％碳羟磷灰石对Cu2+的吸附等温线符合Freundlich和Langmuir 两种模式用2.5gL的CHAP处理Zn2+废水，在Zn2+初始浓度为100mgL、温度为40℃左右、pH值为6~7、作用时间45min的条件下，去除率为98.67％CHAP对Zn2+的吸附等温线符合Langmuir和Freundlich两种模式CHAP对重金属离子的吸附在低pH条件下主要是离子交换吸附和表面吸附，在高pH条件下易形成氢氧化物沉淀碳羟磷灰石对Zn2+的热力学研究表明，碳羟磷灰石吸附Zn2+的过程是吸热过程共存离子吸附研究表明四种重金属离子共存时使得每种重金属离子的吸附容量均降低，因为共存的金属离子对结合位点相互竞争结合解吸实验表明各种解吸剂对Zn2+的解吸能力有限，这表明碳羟磷灰石对重金属离子有较好的亲和力在对吸附了重金属离子的碳羟磷灰石进行观察发现，吸附了重金属的样品表明有针尖状结构 标题:工业废水重金属离子吸附剂碳羟磷灰石吸附性能 桔子皮纤维素化学改性生物吸附剂制备方法重金属吸附吸附动力学
静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究
建设科技 ∣ 81部品技术与应用 建设科技CONSTRUCTION SCIENCE AND TECHNOLOGY 2018年11月上 总第371 期1 前言 随着现代化进程的加快，污染问题也越来越严重。 空气中漂浮的颗粒物浓度超标，由此形成的雾霾天气不 仅影响人们的生活，更是严重危害人民的身心健康；水 资源的匮乏也使得污水处理问题引起人们的极大关注。 因此，开发出有效拦截污染物的过滤材料是全世界共同 的目标。静电纺制备的纤维直径可达到微纳米级，且纤 维直径在一定的程度上可以进行有效调控，大到几微米 小到几十纳米。静电纺丝纳米纤维因其优良的性能被引静电纺丝纳米纤维膜在过滤领域的应用研究 方梦珍1 张弘楠1 覃小红1 匡宁2 （1.东华大学纺织学院，上海 201620；2.中材科技股份有限公司，江苏南京 210012） [摘要]静电纺丝纳米纤维膜具有很高的比表面积、孔隙率和通透性，在多个领域都有着不可替代的作用，尤其是过滤领域。本文简要介绍了近年来国内外静电纺丝纳米纤维膜在空气过滤和液体过滤领域中的研究进展。项目团队在功能型纳米纤维过滤材料研究及产业化方面取得的研究成果，展望了未来在被动式建筑室内空气质量提升方面的应用趋势。 [关键词]静电纺丝；纳米纤维膜；空气过滤；液体过滤；被动式建筑 Progress in Application of Electrospun Nanofibrous Membranes for Filtration Fang Mengzhen 1, Zhang Hongnan 1, Qin Xiaohong 1, Kuang Ning 2 (1.College of Textile of Donghua University, Shanghai, 201620; 2.Sinoma Science & Technology Co., Ltd., Nanjing, 210012, Jiangsu) Abstract : Electrospun nanofibrous membranes enjoy high specific surface area, porosity and permeability, and have an irreplaceable role in many fields, especially in the field of filtration. This review briefly summarizes the progress on application of electrospun nanofibrous membranes in the field of air filtration and liquid filtration in recent years as well as the achievements of the project team in the research and industrialization of functional nanofiber filtration materials. The application trend to improve indoor air quality in passive buildings in the future is prospected. Keywords : Electrospun, nanofibrous membrane, air filtration, liquid filtration, passive buildings 入过滤领域，表现出极大的优势。2 静电纺丝的发展静电纺丝即高分子流体在电场下受到静电力而拉伸成丝的过程，最终固化形成纤维。其最早可以追溯到18世纪中，一种牛顿流体的静电雾化。但是真正被世人认可的静电纺丝的开端是1934年Formhals 申请的关于纺丝装置的专利[1-3]，这是首次利用高压静电制备纤维的装置，其专利详细描述了高分子溶液如何在高压DOI: 10.16116/https://www.360docs.net/doc/5216251571.html,ki.jskj.2018.21.014