一种可同时快速去除水中的有机微污染物和重金属离子的新型电纺β-CD/ CS / PVA纳米纤维膜

DOI:10.1016/j.cej.2019.122232

在这项工作中，研究者制备了一种新型的电纺β-环糊精（β-CD）/壳聚糖（CS）/聚乙烯醇（PVA）纳米纤维膜，可同时快速去除有机和重金属微污染物。通过多目标响应面方法优化了制备条件，并获得如下：β-CD量（相对于PVA）为100％，CS量（相对于PVA）为49.49％，针尖与收集器滚筒之间的距离为20 cm，纺丝溶液的流速为0.23 mL h^-1，PVA量（相对于水）为8.72％。通过傅立叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）进行表征，表明形成了良好交联的β-CD/ CS / PVA纳米纤维膜。在静态和动态吸附实验中，结果表明，β-CD/ CS / PVA纳米纤维膜在水处理过程中能够同时快速地去除有机和重金属微污染物。

图1.（a）PVA膜，（b）β-CD膜，（c）CS膜，（d）未交联的β-CD/ CS / PVA膜和（e）交联的β-CD / CS / PVA膜的FT-IR光谱。

图2.（a）未交联的β-CD/ CS / PVA膜和（b）交联的β-CD/ CS / PVA膜的SEM图。

图3.三维表面和等高线图（a）显示了β-CD和CS的量对BPA Q_e的影响，以及BPA Q_e的扰动图数学模型（b）。

图4.三维表面和等高线图，显示了β-CD和CS的量（a），β-CD的量以及针尖与收集器滚筒之间的距离（b）， PVA和BPA Q_e上的针尖与收集器滚筒之间的距离（c），以及Pb²⁺ Q_e的扰动图数学模型（d）。

图5.条形图显示了与组合（整体）期望值相对应的所有响应的个人期望值。

图6. BPA（a，c）和Pb²⁺（b，d）在β-CD/ CS / PVA纳米纤维膜上的吸附动力学曲线，并在30°C下拟合拟一阶模型和拟二阶模型（6 mg膜，10 mL BPA初始浓度为22.83 mg L^-1，10 mL Pb^{2 +}初始浓度为20.72 mg L^-1）。

图7. 图7. BPA（a，b）和Pb²⁺（c，d）在β-CD/ CS / PVA纳米纤维膜上的吸附等温曲线，在不同的温度下，拟合Langmuir模型（a，c）和Freundlich模型（ b，d）。（6 mg膜，10 mL BPA或Pb²⁺溶液，搅拌12 h）

图8.β-CD/ CS / PVA膜的可重复使用性（在30℃下，将6 mg膜置于10 mL的22.83 mg L^-1 BPA和20.72 mg L^-1 Pb²⁺混合物中，搅拌12h）。

图9.污染物浓度（a，b），流速（c，d）和温度（e，f）对BPA（a，c，e）和Pb²⁺（b，d，f）动态吸附的影响。

图10.有机微污染物和重金属微污染物的结构。

图11.每种有机微污染物（a，b）和重金属微污染物（c，d）在不同滤液中的C_f（a，c）和RE（b，d）。

图12.混合有机微污染物（a），混合重金属微污染物（b）以及有机和重金属微污染物混合物（c，d）在不同滤液中的C_f。

图13.高浓度（a，b）和低浓度（c，d）的有机和重金属微污染物混合物加标的河水中不同滤液中的C_f。