DOI:10.1016/j.ultsonch.2020.105343

通过静电纺丝和超声辅助电喷雾制备了固定有纳米二氧化钛（TiO2）和氧化石墨烯（GO）的聚丙烯腈（PAN）/β-环糊精（β-CD）复合纳米纤维膜。经扫描电子显微镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、透射电子显微镜（TEM）和X射线衍射（XRD）证实，超声处理45分钟后，TiO2和GO更均匀地分散在纳米纤维的表面和内部。TiO2和GO的加入减小了纤维直径，当TiO2与GO的质量比为8:2（PAN/β-CD纳米纤维膜为191.10±45.66nm）时，最小纤维直径为84.66±40.58nm。以阴离子染料甲基橙（MO）和阳离子染料亚甲基蓝（MB）为污染物模型，评估了纳米纤维膜在自然光照下的光催化活性。研究发现，TiO2/GO质量比为8:2的PAN/β-CD/TiO2/GO复合纳米纤维膜对染料的降解效果最佳。MB和MO的降解效率分别为93.52±1.83％和90.92±1.52％。同时，PAN/β-CD/TiO2/GO复合纳米纤维膜还表现出良好的抗菌性能，经过3个循环后，MB和MO的降解效率保持在80％以上。总体而言，PAN/β-CD/TiO2/GO纳米纤维膜是环保且可重复使用的，具有从工业废水中去除染料的巨大潜力。

图1.不同复合纳米纤维膜的光学图像（a1-h1），典型SEM（b2-h2）100000x，（c3-h3）FESEM图像（超声时间，45分钟），以及（d4-h4）不同复合纳米纤维膜的纤维直径分布直方图，（d5）纳米纤维膜的截面图（TiO2:GO=8:2）。插图为纳米粒子分布和相应的标准偏差（SD）。

图2.（a）三元体系的典型相图：聚合物（P）-溶剂（S）-非溶剂（NS）。I.稳定区域。II.亚稳态区域，液液混合区域。III.不稳定区域，固液混合区域。（b）不同纳米纤维膜的孔隙率和平均孔径（超声时间，45分钟）。

图3.PAN/β-CD/GO/TiO2复合纳米纤维膜的典型EDS（a-d）图像（TiO2:GO=8:2，超声处理时间为45分钟），以及（e）EDS光谱和元素。

图4.复合纳米纤维膜（TiO2:GO=8:2，（a1-a4）未经超声处理，（b1-b4）超声处理45分钟）的典型TEM图像。

图5.GO、TiO2 NPs、PAN/β-CD、PAN/β-CD/GO、PAN/β-CD/TiO2和不同PAN/β-CD/TiO2/GO纳米纤维膜（未经超声处理），以及不同超声时间下典型PAN/CD/GO/TiO2复合纳米纤维膜（TiO2:GO=5:5）的FTIR光谱。

图6.GO、TiO2 NPs、PAN/β-CD、PAN/β-CD/TiO2、PAN/β-CD/GO和典型PAN/β-CD/GO/TiO2复合纳米纤维膜的XRD图谱（GO:TiO2 NPs=5:5，未经超声处理）

图7.（a）PAN/β-CD、PAN/β-CD/TiO2、PAN/β-CD/GO和PAN/β-CD/TiO2/GO的DSC热谱图（TiO2:GO=5:5）。（b）由H•引发的自由基环化反应。

图8.自然光下不同纳米纤维膜对（a1）MB和（b1）MO的降解效率；（a2）和（b2）吸附1h后MB和MO溶液的颜色；（a3）和（b3）MB和MO溶液在光催化后的颜色。

图9.pH值对自然光下PAN/CD/TiO2/GO纳米纤维膜（TiO2:GO=8:2，超声时间：45分钟）降解（a1）MB和（b1）MO效率的影响。（a2）和（b2）原始溶液的颜色；（a3）和（b3）吸附1h后MB和MO溶液的颜色；（a4）和（b4）MB和MO溶液在光催化后的颜色。

图10.初始浓度对自然光下PAN/CD/TiO2/GO纳米纤维膜（TiO2:GO=8:2，超声时间：45分钟）降解（a1）MB和（b1）MO效率的影响。（a2）和（b2）原始溶液的颜色；（a3）和（b3）吸附1h后MB和MO溶液的颜色；（a4）和（b4）MB和MO溶液在光催化后的颜色。

图11.在自然光下，PAN/CD/TiO2/GO纳米纤维膜（TiO2:GO=8:2，超声时间：45分钟）对（a）MB和（b）MO的降解效率循环。

图12.在37℃下孵育24小时后，PAN/β-CD、PAN/β-CD/TiO2、PAN/β-CD/GO和PAN/β-CD/TiO2/GO纳米纤维膜对（a）大肠杆菌和（b）金黄色葡萄球菌生长抑制的影响。