DOI:10.1016/j.seppur.2020.116914

开发了二乙烯三胺五乙酸改性的壳聚糖/聚环氧乙烷纳米纤维（CS-DTPA/PEO NFs）以增强重金属离子的吸附。通过静电纺丝制备了这些纳米纤维，采用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分别对其形态和结构进行研究。在室温下测试了CS-DTPA/PEO纳米纤维从水溶液中去除铜（Cu2+）、铅（Pb2+）和镍（Ni2+）离子的能力。研究了[DTPA]/[NH2]摩尔比、pH和金属离子初始浓度对其吸收能力的影响，以优化工艺条件，使用拟一级和表观二级、Boyd和粒子内扩散模型测定了金属离子吸附的限速步骤。转而，使用Freundlich、Langmuir、Temkin和Dubinin-Radushkevich等温模型来描述实验数据。结果表明，CS-DTPA/PEO纳米纤维对金属离子的吸附能力依次降低：Cu2+˃Pb2+˃Ni2+。从第一次接触含金属离子的溶液开始90分钟后，建立吸附平衡，并使用Langmuir等温线模型描述实验数据。CS-DTPA/PEO纳米纤维对Cu2+、Pb2+和Ni2+离子的最大吸附容量分别为177、142和56 mg g-1。经过五次吸附-解吸试验后，测定了CS-DTPA/PEO纳米纤维的稳定性和可重复性。

图1.稳定前后的CS/PEO（a-c）和CS-DTPA/PEO（b-d）纳米纤维的SEM图像和尺寸分布。

图2.PEO（蓝色）、稳定的CS/PEO（绿色）和CS-DTPA/PEO纳米纤维（黑色）的ATR-FTIR光谱。

图3.CS-DTPA/PEO（a，c）和CS/PEO（b，d）纳米纤维的高分辨率C 1s和N 1s XPS光谱。实测光谱用空心圆表示，而其对应的拟合包络用红线表示。不同功能组的单独贡献用蓝线表示。

图4.（a）吸附Cu²⁺（右）和Ni²⁺（左）离子后的CS-DTPA/PEO纳米纤维，（b）吸附在CS-DTPA/PEO纳米纤维上的Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺离子的量与[DTPA]/[NH2]摩尔比的关系图。所有样品均包含20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，初始金属离子浓度为300 mg L^-1。在150 rpm搅拌下接触120分钟后，测量金属离子的量。

图5.（a）吸附在纳米纤维上的Cu²⁺、Pb2+和Ni²⁺离子与pH值的关系图（20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维[DTPA]/[NH2]摩尔比为0.4；初始金属离子浓度为300 mg L^-1）。（b）吸附在纳米纤维上的Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺离子与初始金属离子浓度的关系图（20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维[DTPA]/[NH2]摩尔比为0.4，Cu²⁺和Pb²⁺的pH为5，Ni²⁺离子的pH为6）。在150 rpm搅拌下接触120分钟后，测量金属离子的量。

图6.（a-d）吸附在纳米纤维上Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺的量（qt）与时间的关系图（20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，初始离子浓度为500 mg L^-1，搅拌速度为150 rpm）。（b-d）使用拟一阶和拟二阶动力学模型拟合的实验动力学数据。

图7.（a）使用粒子内扩散模型拟合的纳米纤维上吸附Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺的量（qt）与t1/2时间的关系。（b）使用Boyd模型拟合的-ln (1-F)与纳米纤维上吸附Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺时间的关系。实验条件：20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，初始离子浓度为500 mg L^-1，搅拌速度为150 rpm。

图8.使用Langmuir和Freundlich等温模型拟合的CS-DTPA/PEO纳米纤维的平衡Cu²⁺（a）、Pb²⁺（b）和Ni²⁺（c）吸收容量（q_e）与溶液中平衡金属离子浓度（C_e）的关系。实验条件：20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，搅拌速率为150 rpm，接触时间为90分钟，初始金属离子浓度范围为50至750 mg L^-1。

图9.（a）使用Temkin等温模型拟合的CS-DTPA/PEO纳米纤维的平衡Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺吸收容量（qe）与InCe的关系图。（b）使用Dubinin-Radushkevich等温模型拟合的Inq_e和波尼兰势ε²的关系图。实验条件：20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，150 rpm的搅拌速度和90分钟的接触时间；初始金属离子浓度范围为50至750 mg L^-1。

图10.（a）CS-DTPA/PEO纳米纤维和CS/PEO纳米纤维上的竞争性Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺吸附。实验条件：pH=5，金属的初始浓度为200 mg L-1，100 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维或CS/PEO纳米纤维，搅拌速度为150 rpm，接触时间为90分钟。（b）CS-DTPA/PEO纳米纤维的Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺回收率（％）以及吸收容量（qe）与吸附-解吸循环的关系。实验条件：初始金属离子浓度为500 mg L-1，20 mg CS-DTPA/PEO纳米纤维，搅拌速度为150 rpm，接触时间为90分钟。（c）Cu²⁺、Pb²⁺和Ni²⁺在CS-DTPA/PEO纳米纤维上的可能吸附-解吸机理。