分層氧化鋅納米棒修飾的HPIM-1納米纖維網用于陽離子染料的高效光降解

DOI：10.1016/j.jcis.2019.11.096

催化劑對工業廢水中有害陽離子污染物的選擇仍然具有挑戰性，然而這在環境修復過程中具有重要意義。在此，作者提出了一種具有本征微孔率的水解聚合物(HPIM)基電紡納米纖維網，其表面修飾有氧化鋅納米棒(NRs)，可作為選擇性快速降解陽離子染料的分級平臺。在單一組分或二元混合物上，陽離子染料被HPIM表面選擇性吸附，然后在同時光照下通過氧化鋅納米棒快速降解。HPIM和ZnO均顯示出高電負性表面，從而誘導了對陽離子染料的選擇性，并在光輻照下產生活性氧，從而迅速降解了污染物。此外，作為獨立網絡，催化網絡可以容易地分離和重復使用，在多次使用后，催化活性沒有任何明顯的損失。ZnO/HPIM異質結構的分極平臺有望成為選擇性降解混合廢水樣品中合成染料的催化模板。

圖1 氧化鋅納米棒修飾的HPIM電紡納米纖維網的分層組裝的生長過程示意圖。

圖2分層HPIM納米纖維網的低倍和高倍SEM圖像：（a，b）原始HPIM，（c，d）基于ALD的氧化鋅種子的HPIM和（e，f）氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維網的SEM圖像。

圖3分層HPIM納米纖維網的低倍和高放大倍數TEM圖像：（a，b）基于ALD的氧化鋅種子的HPIM納米纖維和（c，d）氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維。

圖4分層HPIM納米纖維網的XRD光譜：（i）原始HPIM，（ii）基于ALD的氧化鋅種子的HPIM，以及（iii）氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維網。

圖5分層HPIM納米纖維網的FT-IR光譜：（i）原始HPIM，（ii）基于ALD的氧化鋅種子的HPIM，以及（iii）氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維網。

圖6分層HPIM納米纖維網的XPS光譜：（a）全掃描光譜；（b）高分辨率C 1s光譜，其中插圖顯示N 1s的高分辨率光譜；（c）高分辨率的Zn 2p光譜；（d）高分辨率O 1s光譜。（i）HPIM 納米纖維，（ii）氧化鋅 ALD修飾的HPIM納米纖維和（iii）氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維。

圖7分層HPIM納米纖維網的紫外可見漫反射光譜。插圖顯示了相應的用氧化鋅修飾的HPIM納米纖維的K-M圖。

圖8 氧化鋅納米棒修飾的HPIM基分層納米纖維的吸附和光催化性能。（a）溶液pH值對在黑暗中的吸附的影響（吸附劑量=1×1 cm²，金屬離子濃度=15 mg L^-1，接觸時間=120分鐘）。（b）接觸時間對在黑暗中HPIM和氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維上MB和MO吸附的影響。（吸附劑的劑量=1×1 cm²，金屬離子的濃度=15 mg L^-1，pH= 6.0）。（c，d）MB和MO隨時間的光催化效率，（e，f）ZnO NR修飾的HPIM 納米纖維在100分鐘的紫外線照射下對MB和MO的pH依賴的催化效率。

圖9分層纖維網的可重用性和染料吸附功能。（a）甲基溴上的分層纖維網的光催化可重復使用特性；（b）經過十次光降解循環后，氧化鋅納米棒修飾的HPIM 納米纖維的SEM圖像：插圖顯示了染料負載對催化纖維網的影響；（c，d）分層催化纖維網的FT-IR和紫外可見漫反射光譜（i）在原始氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維中，（ii）在黑暗中吸附MB染料后的氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維，（iii）在紫外線下氧化鋅納米棒修飾的HPIM 納米纖維同時對MB進行吸附和降解；（iv）經過10次MB降解后重復使用的氧化鋅納米棒修飾的HPIM 納米纖維光催化劑。

圖10分層網對混合染料的選擇性吸附和降解：含有氧化鋅納米棒修飾的HPIM 納米纖維的混合染料在黑暗中720分鐘內的紫外吸收光譜：（a）MB和RhB，（c）MB和MO，以及（e）RhB和MO。（b，d，f）分別在黑暗中和在紫外線照射下在混合染料溶液中180分鐘內的吸附和降解效率。插圖顯示了混合染料溶液在黑暗中和在紫外線照射下隨時間推移的顏色變化，其中含有氧化鋅納米棒修飾的HPIM納米纖維網。