T-Sil/Cu-CNF復合材料的合成及其重金屬吸附性能

DOI: 10.1016/j.coco.2022.101256

本研究設計并合成了一種由碳納米纖維（CNF）和Cu顆粒組成的復合材料，其表面結合了含硫醇的二氧化硅顆粒。通過靜電紡絲Cu2+/聚合物溶液以及隨后的熱解碳化制備了含均勻分布Cu顆粒的CNFs。通過改進的St?ber方法（一種合成單分散硅顆粒的物理化學方法）合成含硫醇的二氧化硅納米粒子（T-Sil），并采用簡單的浸漬工藝將其附著在銅粒子的表面，從而形成錨定T-Sil的銅粒子嵌入CNF（T-Sil/Cu-CNF）。對所得復合材料的形態和CNF中Cu顆粒的形成進行了徹底檢查，并進一步將其用作水中Ni2+和Cu2+重金屬離子的吸附材料。該化學步驟不僅挖掘了CNF基復合材料的水修復應用潛力，而且在不破壞結構的前提下為CNF材料的功能化提供了更多可能性，有利于擴大其在復雜復合材料中的適用性。

圖1.T-Sil/Cu-CNF復合材料的制備過程。

圖2.（a）PAN/PMMA納米纖維、（b）摻入Cu2+的PAN/PMMA納米纖維、（c）不含Cu2+的PAN/PMMA納米纖維碳化制備的CNFs以及（d）摻入Cu2+的PAN/PMMA納米纖維碳化制備的Cu-CNFs的SEM圖像。

圖3.（a）CNF（底部，黑色）和Cu-CNF（頂部，紅色）的X射線衍射圖以及（b）XPS全掃描和Cu（2p）多重光譜。

圖4.（a）通過硫醇-Cu相互作用形成T-Sil/Cu-CNF復合材料的示意圖，以及（b）T-Sil顆粒、（c）Cu-CNFs和（d）T-Sil/Cu-CNF復合材料的SEM圖像。

圖5.T-Sil/Cu-CNF對Cu2+（紅色圓圈）和Ni2+（黑色圓圈）的吸附能力隨時間的變化。實線和虛線分別為擬二級和擬一級動力學模型的擬合結果。