Chemosphere：在納米PAN纖維織物表面上構建溶脹層以從海水中提取鈾

DOI: 10.1016/j.chemosphere.2021.129548

本研究在靜電紡絲制備的納米聚丙烯腈（PAN）纖維織物表面構建了一個溶脹層，用于從海水中吸附鈾（U（VI））。所構建的溶脹層由聚乙烯亞胺（PEI）組成，其中包含大量具有強親水性的氨基和亞氨基。分子鏈在水溶液中通過在PAN表面形成溶脹層而溶脹。另外，將對氨基苯磺酸（SA）用作接枝在PAN表面的側鏈端基，作為側鏈的苯環會阻礙PEI鏈的旋轉，從而提高其剛性。剛性的增強導致PEI分子鏈構象拉伸，增加了與U（VI）碰撞的可能性，這對吸附非常有利。所制備的吸附劑在吸附實驗中的吸附容量達到215.25mg/g，在8ppm加標模擬海水中的吸附容量達到144.5mg/g。通過XPS分析了U（VI）的吸附機理，SA中的磺酸基作為端基，溶脹層中的氨基與U（VI）形成配位結構。

圖1.納米PAN布和PAN-PEI-SA的制備過程示意圖。

圖2.a）PAN，b）PAN-PEI，c）PAN-PEI-SA，d）PAN-PEI-SA-U的SEM；e）PAN、PAN-PEI和PAN-PEI-SA的FT-IR圖；f）PAN-PEI-SA-U、PAN-PEI-SA、PAM-PEI-U和PAN-PEI的XPS圖譜。

圖3.a）pH，b）接觸時間對PAN-PEI和PAN-PEI-SA吸附性能的影響，c）U（VI）初始濃度對PAN-PEI-SA吸附性能的影響，d）PAN-PEI和PAN-PEI-SA的Zeta電位。實驗條件：a）m/v=0.4g/L，t=12h，T=25℃，C0=100mg/L；b）m/v=0.4g/L，pH=5.0，T=25℃，C0=100mg/L；c）pH=5.0，m/v=0.4g/L，t=12h，C0=100mg/L。

圖4.a）不同解吸劑在PAN-PEI-SA上的解吸速率；b）PAN-PEI-SA的回收性能。實驗條件：pH=5.0；m/v=0.4g/L；t=12h；T=25和C0=100mg/L。

圖5.a）PAN-PEI-SA離子競爭測試；b）在比海水中的濃度離子低100倍的濃度下進行吸附性能測試。實驗條件：a）pH=5，m/v＝0.4g/L，t=12h；T=25，C0=100mg/L；b）m/v＝0.4g/L；t=12h；T=25℃。

圖6.a）PAN-PEI和PAN-PEI-SA在添加8ppm U（VI）的模擬海水中的吸附性能；b）納米PAN布、PAN-PEI和PAN-PEI-SA在真實海洋環境中的吸附性能。

圖7.a）PAN-PEI-SA N1s；b）PAN-PEI-SA O1s；c）PAN-PEI-SA S2p；d）PAN-PEI-SA-U N1s；e）PAN-PEI-SA-U O1s；f）PAN-PEI-SA-U S2p的XPS精細光譜。

圖8.PAN-PEI-SA的U（VI）吸附機理示意圖。