納米纖維具有高孔隙率和大比表面積等獨特優勢。因此,它們是有效去除染色廢水中染料的有前景的吸附材料。然而,調節吸附性能存在一定的挑戰性。本研究將不同數量的碳納米管(CNT)加入聚丙烯腈(PAN)聚合物中,以制備納米纖維來應對上述挑戰。使用PANnf、CNTs(3wt%)摻雜PAN納米纖維(PAN3CNTnf)和CNTs(5wt%)摻雜PAN納米纖維(PAN5CNTnf)去除不同濃度水溶液中的亞甲基藍(MB)、孔雀石綠(MG)和甲基紫(MV)。該研究考察了pH值、溫度、吸附材料和時間對吸附容量和吸附等溫線的影響。染料Langmuir模型的最大吸附容量(qm)對于PANnf:MB為128.21mg/g,對于PANnf:MG為138.89,對于PANnf:MV為88.50,對于PAN3CNTnf:MB為172.41,對于PAN3CNTnf:MG為212.77,對于PAN3CNTnf:MV為175.44,對于PAN5CNTnf:MB為158.73,對于PAN5CNTnf:MG為188.68,對于PAN5CNTnf:MV為114.94。在不同溫度下,使用吸附等溫線對吸附吉布斯自由能、焓和熵進行了評估。負的ΔG值表明吸附是自發發生的。采用擬一級動力學(PFOK)和擬二級動力學(PSOK)模型來確定吸附動力學。結果表明,PSOK模型與實驗數據吻合較好。實驗結果表明,PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf納米纖維是吸附MB、MG和MV的良好選擇,這為制備染料吸附用多功能納米纖維提供了啟示。
圖1.染料(MG、MV和MB)吸附前后納米纖維的照片。
圖2.吸附前后納米纖維的SEM照片:PANnf(a),PAN3CNTnf(b),PAN5CNTnf(c),MB吸附后的PANnf(d),MB吸附后的PAN3CNTnf(e),MB吸附后的PAN5CNTnf(f),MG吸附后的PANnf(g),MG吸附后的PAN3CNTnf(h),MG吸附后的PAN5CNTnf(i),MV吸附后的PANnf(j),MV吸附后的PAN3CNTnf(k),MV吸附后的PAN5CNTnf(l)。
圖3.電紡納米纖維PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的TEM圖像。
圖4.PAN和CNT基PAN納米纖維的FTIR光譜(a),PAN和CNT基PAN納米纖維的XRD圖譜(b)。
圖5.吸附劑用量對MB、MG和MV在PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)上吸附的影響,以及pH值對MB、MG和MV在PANnf(d)、PAN3CNTnf(e)和PAN5CNTnf(f)膜上吸附的影響。
圖6.PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的吸附等溫線。
圖7.MB、MG和MV吸附在PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf膜上的Langmuir(a)、Freundlich(b)、Scatchard(c)、D-R(d)和Temkin(e)圖。
圖8.PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf膜的吸附動力學,以及相應的PFOK和PSOK圖。
圖9.不同初始濃度下,接觸時間對PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)吸附MB、MG和MV的影響。
圖10.PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的lnKc與1/T之間的關系曲線。