DOI:10.1016/j.memsci.2020.118228
负载环糊精的复合纳米纤维已广泛应用于水处理中。本研究制备了β-环糊精-表氯醇(βCDP)沉积在PES超滤(UF)膜上的电纺聚醚砜(PES)纳米纤维。βCDP-UF复合纳米纤维膜(CNM)可在较宽的浓度范围(0.01-100µg/L)内去除水中的类固醇激素微污染物(MP)。通过FE-SEM、FTIR和TGA分析研究了静电纺丝和聚合反应对βCDP-UF复合材料的形貌、结构、表氯醇(EP)交联以及稳定性的影响。在静态吸附和动态过滤中考察了E2去除量与βCDP浓度、接触时间、pH、E2浓度、激素类型和流速的关系。βCDP与纳米纤维结合良好,FTIR表明βCD与EP成功交联,并在过滤前后进行了TGA分析。静态吸附5小时内E2去除率最高(80%)。在动态过滤中,E2的去除率取决于流速和纳米纤维层的厚度,最高可去除99%。复合纳米纤维膜具有良好的水渗透性,对微污染物的吸收能力也较高。这些结果表明,由于βCD的大表面积和包合能力,βCDP-UF复合纳米纤维膜在去除微污染方面具有广阔的应用前景。
图1.末端搅拌池设置(10mL容量)的示意图。
图2.βCD和交联产物βCDP的FTIR光谱(波数为4000至400 cm–1)。
图3.在不同的βCDP负载下CNM表面(纳米纤维)的SEM图像。a)1.3 g/m2、b)2.7 g/m2、c)6.7 g/m2、d)10.7 g/m2、e)13.4 g/m2、f)50%13.4 g/m2 CNM(3mL聚合物)的横截面。
图4.具有以下特征的CNMs的TGA分析:a)不同的βCDP负载量,b)吸附在水中之前和之后,以及C)原始膜上的PES-βCDP纳米纤维厚度不同(氮气气氛,30至900℃,加热速率为10℃/min)。
图5.使用UF原始和含不同βCDP负载量的CNM的E2去除量(260 rpm,pH8,进料为100 ng/L,纳米纤维层厚度为80 µm,膜片直径为25 mm)。
图6.使用13.4 g/m2 CNM(260 rpm,pH8,1 mM NaHCO3,10 mM NaCl,20℃,纳米纤维厚度80 µm)时,E2初始浓度对雌二醇去除的影响。
图7.使用13.4 g/m2 CNM(260 rpm,pH8,1 mM NaHCO3,10 mM NaCl,20℃,纳米纤维厚度80 µm)的吸附量随E2浓度和E2吸附等温线的变化。
图8.类固醇激素和βCD包合物形成示意图。
图9.a)使用13.4 g/m2 βCDP CNM(260 rpm,100 ng/L E2,纳米纤维厚度为80 µm)时,E2去除率随pH的变化,b)原始膜和含13.4 g/m2 βCDP负载量的CNM的Zeta电位。
图10.不同重量负载(纳米纤维层厚度为80 µm,流速为6.3 mL/min,进料为100 ng/L)和纳米纤维层厚度下,渗透率与βCDP负载的关系。
图11.(a)渗透物与进料浓度的比率,(b)激素摄取随渗透物体积和过滤时间的变化,以及c)使用13.4 g/m2 βCDP CNM去除激素(流速为6.3 mL/min,100 ng/L E2,纳米纤维层厚度为80 µm)。
图12.(a)使用CNM(流速为6.3 mL/min,100 ng/L E2和纳米纤维层厚度为80 µm)时,激素去除和摄取随βCDP负载的变化。
图13.使用13.4 g/m2 βCDP CNM(流速为6.3 mL/min,纳米纤维层厚度为80 µm)时,激素去除和摄取随进料浓度的变化。
图14.(a)使用13.4 g/m2 βCDP(进料为100ng/L,纳米纤维层厚度为80 µm)时,激素去除和摄取与流速的关系,以及b)流量与流速的关系。
图15.使用13.4 g/m2 βCDP(流速为1.05 mL/min,进料为100 ng/L)时,激素去除和摄取随纳米纤维厚度(随聚合物体积改变)的变化。