Separation and Purification Technology：超細電紡納米纖維膜用于多組分廢水的過濾與吸附

DOI:10.1016/j.seppur.2020.116794

通過雙噴頭靜電紡絲法制備了具有超細平均纖維直徑（例如62±16 nm）的電紡磺化聚醚砜（SPES）納米纖維膜，并將其作為一種多功能膜，用于同時對多組分廢水中的納米顆粒、染料和重金屬離子進行過濾和吸附。通過控制纖維直徑可以改變和調節膜的孔徑和孔徑分布，從而影響納米顆粒的過濾保留率，而位于納米纖維表面的磺酸基團則是通過靜電相互作用吸附染料和重金屬離子的活性位點。磺化度的增加和溶液濃度的降低導致電紡納米纖維膜的纖維直徑減小，SEM和TEM測量也證實了這一點，此外SPES的分子量增加。除納米顆粒懸浮液的過濾性能之外，還分別研究了納米纖維膜對陽離子染料和重金屬離子的吸附動力學和熱力學。用含有0.2μm顆粒、亞甲基藍（MB）和Pb（II）離子的模擬多組分廢水對超細納米纖維SPES膜進行了最終測試。該膜對納米顆粒、MB和Pb（II）的滲透通量高達320 L/m2h，截留率達 99.0%以上，并且具有良好的過濾性能。吸附MB和Pb（II）后的納米纖維SPES膜可以進行回收利用，這表明該膜在實際廢水處理中具有可持續性。

圖1.含不同DS的PES和SPES的ATR-FTIR光譜。

圖2.含不同DS的SPES納米纖維膜的SEM圖像：分別為（A）5.0%、（B）10.0%、（C）15.0%和（D）30.0%。

圖3.來自12wt%（A）、10wt%（B）、9wt%（C）、8wt%（D）、7wt%（E）、6wt%（F）的SEM圖像和12wt%（a）、10wt%（b）、9wt%（c）、8wt%（d）、7wt%（e）、6wt%（f）的TEM圖像的超細納米纖維SPES-5膜的俯視圖。

圖4.由SEM或TEM圖像測量的纖維直徑與不同濃度的SPES-5溶液相關。

圖5.受纖維直徑控制的超細納米纖維SPES膜的孔徑。

圖6.超細納米纖維SPES膜的孔徑分布。

圖7.納米纖維PES和SPES膜的機械性能。

圖8.超細納米纖維SPES膜對納米顆粒的過濾效率。

圖9.超細納米纖維SPES膜對MB和Pb（II）吸附的突破曲線。短虛線表示進料溶液的濃度。

圖10.超細納米纖維SPES膜在三個Pb吸附-解吸循環中的可回收性（II）。

圖11.超細納米纖維SPES膜對模擬多組分廢水的過濾性能：（A）200 ppm的納米顆粒和6.0 ppm的MB；（B）200 ppm的納米粒子、4.0 ppm的MB和1.0 ppm的Pb（II）。