DOI: 10.3390/polym14132523

本研究制备了沸石咪唑骨架（ZIF-8）@聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜，并对其进行碳化，以用于吸附水介质中的重金属镉离子（Cd2+）。首先将氧化锌（ZnO）溅射到PAN电纺纳米纤维膜的表面以提供金属离子源。然后，通过原位溶剂热反应制备ZIF-8@PAN纳米纤维膜，并在N2气氛下于900℃的管式炉中碳化以提高吸附性能。合成的具有多面体结构的ZIF-8颗粒均匀固定在PAN电纺纳米纤维膜表面上。在900℃下加热后，多角形ZIF-8收缩，得到碳化的ZIF-8@PAN纳米纤维膜。与未碳化的纳米纤维膜相比，碳化的ZIF-8@PAN纳米纤维膜的吸附量达到102mg/L，在吸附温度为35℃、溶液pH=7.5的条件下，其对Cd2+的吸附效率可达90%以上。吸附热力学分析表明，碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的Cd2+吸附过程是自发的。整个Cd2+吸附过程更适合用拟二级吸附动力学模型来描述，除物理吸附外，还存在化学吸附机理。

图1.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的制备步骤。

图2.原始PAN电纺纳米纤维膜（a）、ZIF-8@PAN纳米纤维膜（b）和碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜（c）的SEM图像。

图3.原始PAN电纺纳米纤维膜（a）、ZIF-8@PAN纳米纤维膜（b）和碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜（c）的EDS光谱。

图4.ZIF-8@PAN纳米纤维膜、模拟ZIF-8和碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的XRD图谱。

图5.（a）ZIF-8@PAN纳米纤维膜和碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的FTIR光谱，以及（b）碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的拉曼光谱。

图6.原始PAN纳米纤维膜、ZIF-8@PAN纳米纤维膜和碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的Cd2+吸附浓度（a）、吸附容量Qe（b）和吸附效率（c）。

图7.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜在不同吸附温度和pH=6.5下的Cd2+吸附容量Qe（a）和吸附效率（b）。

图8.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜在不同温度下的拟合Cd2+吸附热力学曲线。

图9.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜在不同pH值和35℃吸附温度下的Cd2+吸附浓度（a）、吸附容量Qe（b）和吸附效率（c）。

图10.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜在pH7.5和35℃水浴温度下的Cd2+吸附浓度（a）、吸附容量Qe（b）和吸附效率（c）。

图11.碳化ZIF-8@PAN纳米纤维膜的拟一级（a）和二级（b）吸附动力学模型的线性拟合曲线。