Sci. Total Environ.：赤鐵礦和四正丁基溴化銨摻雜聚丙烯腈復合納米纖維的制備及其

DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.145364

納米級氧化鐵基吸附劑已被廣泛用于緩解水體富營養化。然而，納米氧化鐵基吸附劑穩定性差、分離回收困難，給其工業化應用帶來了挑戰。在此，通過表面活性劑介導的靜電紡絲法系統合成了具有可控直徑（即66至305nm）和組成的赤鐵礦和四正丁基溴化銨摻雜聚丙烯腈（PAN/Fe2O3/TBAB）復合納米纖維，作為去除水中磷酸鹽的吸附劑。在靜電紡絲過程中，極性TBAB表面活性劑促進了Fe2O3納米顆粒向納米纖維表面的遷移，從而形成了表面富集Fe2O3納米顆粒/TBAB的納米纖維。將合成的納米纖維膜用于去除磷酸鹽，研究了其吸附動力學、吸附機理和可重復使用性。數據表明，吸附動力學遵循偽二級模型，而吸附機理遵循Langmuir模型。磷酸鹽的去除主要歸因于表面富集的α-Fe2O3納米顆粒在酸性和接近中性pH值下的化學吸附，而在TBAB位點處的陰離子交換貢獻很小。在pH3下的最大磷酸鹽去除能力約為8.76mg/g（即23.1mg/g，P/活性物質）。此外，所合成的納米纖維膜還具有出色的可重復使用性。

圖1.（a）粘度，（b）表面張力和（c）電導率隨溶液組成變化的DOE分析。

圖2.（a）平均纖維直徑和（b）微珠密度隨溶液組成變化的DOE分析。

圖3.PAN/Fe2O3/TBAB納米纖維的SEM圖像。（a）PAN4-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（c）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（d）PAN5.5-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（g）PAN7-TBAB1，（h）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（i）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

圖4.Fe2O3納米顆粒、Fe2O3納米棒和PAN/Fe2O3/TBAB納米纖維的TEM圖像。（a）Fe2O3納米粒子，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（d）PAN7-Fe2O33-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36，（f）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（g）PAN5.5-Fe2O3（納米棒）2.36-TBAB1和（h）Fe2O3納米棒。

圖5.23℃下，初始磷酸鹽濃度對PAN/Fe2O3/TBAB納米纖維膜吸附動力學的影響。線表示使用偽二階方程的建模結果。（a）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（d）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36，（g）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（h）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

圖6.PAN/Fe2O3/TBAB納米纖維膜的Langmuir吸附等溫線。（a）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（d）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36，（g）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（h）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

圖7.（a）使用PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1納米纖維墊時，初始溶液的pH值對磷酸鹽去除效率的影響，以及（b）從MATLAB模擬數據得到的不同pH值下磷酸鹽物種的分數。初始磷酸鹽濃度為10mg/L，接觸時間為24h，T=23℃，吸附劑量為1g/L。

圖8.使用1M NaOH溶液進行5次循環再生的PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1納米纖維墊的磷酸鹽吸附能力。初始磷酸鹽濃度10mg/L，pH3和5，接觸時間24h，吸附劑量1g/L。