DOI:10.1016/j.cej.2020.124179

铬（Cr（VI））是危害人类健康和环境的最具毒性的重金属之一。采用静电纺丝法制备了水稳性聚乙烯醇/聚乙烯亚胺（PVA/PEI）纳米纤维，并对其去除水中Cr（VI）的性能进行了评价。采用分批实验和光谱表征相结合的方法，系统研究了PVA/PEI纳米纤维对Cr（VI）的吸附行为和去除机理。PVA/PEI纳米纤维对Cr（VI）的去除呈pH依赖性，在pH值为4.0时达到最大。采用Langmuir模型，确定了Cr（VI）的最佳吸附量为150 mg/g。纳米纤维对Cr（VI）的去除速度很快（<3h），并且可以在不降低去除能力的情况下再生。带负电的Cr（VI）与带正电的纳米纤维表面之间的静电吸引是Cr（VI）吸附的主要机理。大部分吸附的Cr（VI）还原为Cr（III），呈现八面体的氧化结构。纳米纤维中的胺基是去除Cr（VI）的还原和结合位点。在常见的共存阴离子中，只有硫酸盐和硝酸盐降低了纳米纤维对Cr（VI）的去除率，但对吸附Cr的结构没有影响。铜可以与Cr（VI）竞争配位胺基，从而降低Cr（VI）的还原率。本研究评估了电纺聚乙烯醇/聚乙烯亚胺纳米纤维在复杂水基质中去除Cr（VI）的应用，并提供了有关吸附和还原机理的综合证据。这些信息提高了人们对电纺PVA/PEI纳米纤维去除Cr（VI）的认识，有助于预测其在动态环境中的性能。

图1.初纺（a，d）、交联后（b，e）和在水中48小时后（c，f）的PVA/PEI纳米纤维的SEM图像（a-c）和相应的直径分布（d-f）。

图2.pH对Cr（VI）吸附的影响（a），以及PVA/PEI纳米纤维的pHPZC的测定（b）。实验条件：5 mg/L Cr（VI），0.1 g/L PVA/PEI纳米纤维，0.01 M NaCl的离子强度，吸附时间为3 h。误差条代表平均值±标准偏差。

图3.使用拟一阶和拟二阶模型（a）进行吸附动力学的非线性拟合（a），使用Langmuir和Freundlich模型（b）在23℃进行吸附等温线的非线性拟合 。实验条件：0.1 g/L PVA/PEI纳米纤维，0.01 M NaCl的离子强度，pH 4.0±0.2，等温线研究吸附3小时，动力学研究为20 mg/L Cr（VI）。误差条代表平均值±标准偏差。

图4.离子强度（a）和共存离子（b）对PVA/PEI纳米纤维去除Cr（VI）的影响。实验条件：0.1 g/L PVA/PEI纳米纤维，pH 5.0±0.2，吸附3 h，10 mg/L Cr（VI）和60 mg/L SO42--S、NO3--N、H2PO4--P、H2CO3-C和Cu2+。误差条代表平均值±标准偏差。

图5.在不存在和存在共存离子的情况下，吸附Cr（VI）前后的Cr（VI）和PVA/PEI纳米纤维水溶液的FTIR。

图6.在0.01 M NaCl溶液中，当pH 值为5.0时，在不存在和存在SO42-、NO3-或Cu2+的情况下，吸附在PVA/PEI纳米纤维上的CrO3、Cr2O3和Cr（VI）的XANES光谱。黄色虚线突出显示了Cr（VI）物种的特征性前缘峰。（要解释该图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）

图7.在不存在（红色）和存在SO42-（蓝色）和NO3-（深青色）或Cu2+（海军蓝）的情况下，Cr（VI）在PVA/PEI纳米纤维上吸附Cr（VI）的归一化k3-加权实验（符号）和模拟（线形）Cr K-edge EXAFS光谱（a） ，相应的傅立叶变换幅度（b）和傅立叶变换的实部（c）。b部分中的黑色垂直虚线突出显示了吸附的Cr周围的第二个N壳。拟合结果的更多详细信息显示在表2中。d部分显示了从EXAFS拟合结果得出的拟议Cr吸附结构。（要解释该图例中对颜色的引用，请参阅本文的web版本。）

图8.在不存在（a）和存在（b）共存SO42-和NO3-的情况下，Cr（VI）在PVA / PEI纳米纤维上的吸附过程，以及吸附的Cr（VI）、NO3-和SO42-（c）的解吸过程的原位ATR-FTIR光谱。实验条件：pH 5.0时为0.2 mM Cr（VI）、SO42--S和NO3--N。