DOI: 10.1021/acsapm.9b00982

由于不加区分地处理工业和采矿废物而造成的剧毒砷（As）污染地表水是一个严重的世界性问题。基于以上认识，利用静电纺丝技术成功地制备了磁赤铁矿（γ-Fe2O3）和氧化石墨烯（GO）嵌入的聚丙烯腈（PAN）聚合物纳米纤维基质（PAN/GO/γ-Fe2O3）。采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和拉曼光谱分析技术，研究了γ-Fe2O3和GO通过静电纺丝法成功地掺入PAN聚合物基质中。采用振动样品磁强计（VSM）和热重-导数热重分析（TG-DTG）研究了制备的纳米纤维的磁性和热性能。经Brunauer、Emmett和Teller（BET）分析，制备的吸附剂比表面积为30.24 m2/g。通过批量吸附实验，研究了吸附剂用量、pH、时间、浓度、共存离子等参数对砷酸根离子吸附性能的影响。动力学和等温线模型表明，吸附过程分别遵循拟二级和Langmuir等温线模型，揭示了其化学吸附机理。由朗格缪尔图可知，最大吸附容量为36.1 mg/g，这远远大于先前报道的结果。连续五次吸附-解吸循环表明了膜的稳定性和可重复使用性。通过FTIR、TEM-EDAX、X射线光电子能谱（XPS）等分析技术对负载As（V）的PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维膜进行了分析，以阐明可能的吸附机理，这表明静电吸附和表面络合是As（V）去除的主要驱动力。

图1.（a）PAN/GO、PAN/γ-Fe2O3、PAN/GO/γ-Fe2O3的FTIR光谱和（b）PAN、GO、γ-Fe2O3、PAN/GO/γ-Fe2O3的XRD图谱。

图2.（a，b）PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维膜低放大倍率和高放大倍率时的SEM图像，（c）元素图，（d）SEM-EDAX光谱。

图3.（a，b）PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维低放大倍率和高放大倍率时的TEM图像，（c）HR-TEM图像，（d）SAED图案。

图4.（A）（a）GO、（b）PAN/GO、（c）γ-Fe2O3和（d）PAN/GO/γ-Fe2O3的拉曼光谱。（B）（a）γ-Fe2O3、（b）PAN/γ-Fe2O3和（c）PAN/GO/γ-Fe2O3的VSM曲线。（C）PAN/GO/γ-Fe2O3的TG-DTG曲线。（D）PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维膜的氮吸附-脱附等温线。

图5.（a）PAN/GO、PAN/γ-Fe2O3和PAN/GO/γ-Fe2O3对As（V）的吸附量。（b）吸附剂用量的影响。（c）pH的影响（d）接触时间的影响。（e）PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维膜去除As（V）的拟一级和（f）呢二级动力学模型。

图6.（a）初始浓度对As（V）吸附的影响，（b）Langmuir等温模型，（c）Freundlich等温模型，以及（d）PAN/GO/γ-Fe2O3纳米纤维膜上共存阴离子对As（V）吸附的影响。

图7.（a，b，C，d）新鲜和（e，f，g，h）As（V）负载PAN/G O/γ-Fe2O3纳米纤维膜的C 1s、N 1s、O 1s和Fe 2p XPS谱的高分辨率扫描。（i）吸附后的三维XPS谱图。