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(fù)應(yīng)用.pdf

1、近年來，納米技術(shù)在許多學(xué)科領(lǐng)域都引起了廣泛的重視，而納米材料的制備及其應(yīng)用更是已經(jīng)成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點。對環(huán)境修復(fù)材料而言，納米結(jié)構(gòu)材料的高表面積體積比能極大程度的提高修復(fù)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(fù)的代表性納米材料，良好的物理化學(xué)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(yīng)

2、用過程中極易團(tuán)聚，使得雙金屬反應(yīng)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(chǎn)生二次污染。雖然已有的改進(jìn)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(zhì)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(shù)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(shù)為基礎(chǔ)，以聚電解質(zhì)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(tuán)能絡(luò)合金屬離子的特性，通過原位化學(xué)還原的方法制備含有鐵/鎳、鐵/鈀雙金屬納米顆粒的復(fù)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(fù)合納米纖維氈的制備過程，在對所制備的復(fù)合納米纖維進(jìn)行相應(yīng)表征的基礎(chǔ)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(fù)合納米纖維氈的去除水中污染物的性能進(jìn)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(jìn)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(yīng)器。SEM測試表明，所制備的PAA/PVA納米纖維表面光滑、粗細(xì)均勻，平均直徑為217士65 nm。利用PAA上的羧基官能團(tuán)絡(luò)合鹽溶液中的金屬陽離子后，通過原位化學(xué)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(nèi)。驗證發(fā)現(xiàn)含F(xiàn)e/Ni合金雙金屬納米顆粒的PAA/PVA復(fù)合納米纖維氈5 min內(nèi)脫色效率可達(dá)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(fù)利用性；而含F(xiàn)e/Pd雙金屬納米顆粒的PAA/PVA復(fù)合納米纖維氈脫除效率顯著提高，重復(fù)利用率高，三次再生實驗脫除率都可以達(dá)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(yīng)用過程中易于團(tuán)聚、容易產(chǎn)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(yīng)器的觀點，為利用靜電紡絲法