一種可同時快速去除水中的有機微污染物和重金屬離子的新型電紡β-CD/ CS / PVA納米纖維膜

DOI:10.1016/j.cej.2019.122232

在這項工作中，研究者制備了一種新型的電紡β-環糊精（β-CD）/殼聚糖（CS）/聚乙烯醇（PVA）納米纖維膜，可同時快速去除有機和重金屬微污染物。通過多目標響應面方法優化了制備條件，并獲得如下：β-CD量（相對于PVA）為100％，CS量（相對于PVA）為49.49％，針尖與收集器滾筒之間的距離為20 cm，紡絲溶液的流速為0.23 mL h^-1，PVA量（相對于水）為8.72％。通過傅立葉變換紅外光譜（FTIR）和掃描電子顯微鏡（SEM）進行表征，表明形成了良好交聯的β-CD/ CS / PVA納米纖維膜。在靜態和動態吸附實驗中，結果表明，β-CD/ CS / PVA納米纖維膜在水處理過程中能夠同時快速地去除有機和重金屬微污染物。

圖1.（a）PVA膜，（b）β-CD膜，（c）CS膜，（d）未交聯的β-CD/ CS / PVA膜和（e）交聯的β-CD / CS / PVA膜的FT-IR光譜。

圖2.（a）未交聯的β-CD/ CS / PVA膜和（b）交聯的β-CD/ CS / PVA膜的SEM圖。

圖3.三維表面和等高線圖（a）顯示了β-CD和CS的量對BPA Q_e的影響，以及BPA Q_e的擾動圖數學模型（b）。

圖4.三維表面和等高線圖，顯示了β-CD和CS的量（a），β-CD的量以及針尖與收集器滾筒之間的距離（b）， PVA和BPA Q_e上的針尖與收集器滾筒之間的距離（c），以及Pb²⁺ Q_e的擾動圖數學模型（d）。

圖5.條形圖顯示了與組合（整體）期望值相對應的所有響應的個人期望值。

圖6. BPA（a，c）和Pb²⁺（b，d）在β-CD/ CS / PVA納米纖維膜上的吸附動力學曲線，并在30°C下擬合擬一階模型和擬二階模型（6 mg膜，10 mL BPA初始濃度為22.83 mg L^-1，10 mL Pb^{2 +}初始濃度為20.72 mg L^-1）。

圖7. 圖7. BPA（a，b）和Pb²⁺（c，d）在β-CD/ CS / PVA納米纖維膜上的吸附等溫曲線，在不同的溫度下，擬合Langmuir模型（a，c）和Freundlich模型（ b，d）。（6 mg膜，10 mL BPA或Pb²⁺溶液，攪拌12 h）

圖8.β-CD/ CS / PVA膜的可重復使用性（在30℃下，將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，攪拌12h）。

圖9.污染物濃度（a，b），流速（c，d）和溫度（e，f）對BPA（a，c，e）和Pb²⁺（b，d，f）動態吸附的影響。

圖10.有機微污染物和重金屬微污染物的結構。

圖11.每種有機微污染物（a，b）和重金屬微污染物（c，d）在不同濾液中的C_f（a，c）和RE（b，d）。

圖12.混合有機微污染物（a），混合重金屬微污染物（b）以及有機和重金屬微污染物混合物（c，d）在不同濾液中的C_f。

圖13.高濃度（a，b）和低濃度（c，d）的有機和重金屬微污染物混合物加標的河水中不同濾液中的C_f。