DOI: 10.1016/j.jece.2022.108786

从废水中回收磷（P）对于富营养化控制、水的再利用以及回收这种消耗殆尽的不可再生资源是至关重要的。在此，研究者采用β-FeOOH（Ak）和阳离子表面活性剂BDDA制备了聚丙烯腈（PAN）电纺纳米纤维膜（ENM），以从废水中回收磷。本文研究了BDDA浓度对膜性能的影响，包括纤维直径、表面积、表面电荷和接触角。然后，在存在竞争离子（如Cl-、SO42-和CO32-）的情况下，通过对合成废水进行7次吸附-解吸循环，借助吸附等温线和动力学评估膜的性能。研究发现β-FeOOH是膜去除磷的唯一活性成分。研究人员观察到，BDDA浓度从0%增加到3%，导致磷吸附量从0.30线性增加至0.61mmol P/g Ak。当BDDA浓度超过3%时，吸附量没有增加。在任何BDDA浓度下，仅由PAN和BDDA制成的膜对P的吸附均可忽略不计。由于磷的吸附只发生在Ak存在的情况下，添加BDDA后性能的改善可归因于亲水性的增加和Donnan膜效应的影响。该膜对CO32-的亲和力最高，其次是P。其他竞争离子（Cl-，SO42-）的存在不影响PAN-Ak膜对P的吸附能力。研究结果还证实了PAN-Ak的可重复使用性，即使在7次循环之后，其吸附能力也不会损失。总体而言，本工作证明了吸附膜表面改性可提高磷的回收率。

图1.聚合物溶液中BDDA浓度的增加对含有2wt%β-FeOOH颗粒的ENMs的磷吸收的影响（C0=0.32mmol P/L，吸附剂剂量=0.15g Ak/L）

图2.a）PAN、b）PAN-Ak、c）PAN-Ak-BDDA1、d）PAN-Ak-BDDA2、e）PAN-Ak-BDDA3和f）PAN-Ak-BDDA4的FTIR光谱

图3.A）未改性PAN ENM、B）含有2%β-FeOOH颗粒的PAN以及（C-F）含有2%β-FeOOH和1-4%BDDA的PAN的SEM图像。图像C和D是背散射电子（BSE）SEM图像，其中亮点代表β-FeOOH颗粒

图4.未改性PAN、含有2%β-FeOOH颗粒的PAN以及含有2%β-FeOOH和1-4%BDDA的PAN的接触角

图5.膜的Zeta电位与pH的关系（离子强度=1mM KCl）

图6.根据Langmuir和Freundlich非线性吸附模型拟合的含2%β-FeOOH的PAN ENM（PAN-Ak）以及含2%β-FeOOH和3%BDDA的PAN（PAN-Ak-BDDA3）的磷吸附等温线

图7.含2%β-FeOOH的PAN ENM（PAN-Ak）以及含2%β-FeOOH和3%BDDA的PAN（PAN-Ak-BDDA3）的磷吸附等温曲面：pH9和11条件下的实验数据，以及扩展的Langmuir等温模型曲面

图8.根据拟一级、拟二级和线性驱动力模型拟合的含2%β-FeOOH的PAN ENM（PAN-Ak）以及含2%β-FeOOH和3%BDDA的PAN（PAN-Ak-BDDA3）的吸附动力学

图9.竞争离子的存在对含2%β-FeOOH的PAN（PAN-Ak）以及含2%β-FeOOH和3%BDDA的PAN（PAN-Ak-BDDA3）的磷吸附的影响

图10.磷在含2%β-FeOOH的PAN（PAN-Ak）以及含2%β-FeOOH和3%BDDA的PAN（PAN-Ak-BDDA3）上的七次吸附-解吸循环（C0=0.32mmol P/L，吸附剂剂量=0.15g Ak/L）