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山东大学王新强教授:首次采用一步电纺法制备SiO2-MgO杂化纤维用于去除重金属
2019/8/8 15:35:57 易丝帮 0 条评论 邀请点评

  废水中的重金属是一种难降解重金属,不仅对环境造成长期的危害,对人类健康有很大威胁。因此,重金属的去除受到了人们的广泛关注,并衍生出了混凝-絮凝、溶气浮选、膜过滤、电化学处理和生物处理等一系列废水处理技术,其中一些技术操作简单,但是效率低。效率高的方法却需要承担高成本或需要较高的能耗。活性炭、壳聚糖、沸石、粘土等传统吸附剂在废水处理中得到了广泛的应用。然而,高效、低成本、无害、易分离等满足实际需要的新型吸附剂和替代吸附剂仍有待探索。近年来静电纺丝技术在纤维材料制备方面已显示出巨大的优势,并且发展迅速,但利用静电纺丝技术制备SiO2-MgO纤维仍是一个挑战。其中,最大的困难是合成硅镁前驱体纺丝液,硅基纤维的制备一般依赖于硅烷的水解,而硅和镁遇水容易析出。

  为了解决上述问题,山东大学王新强教授团队首次采用一步电纺丝法成功地合成SiO2-MgO杂化纤维(SMHFs),并对其进行了表征和重金属吸附性能评价。在这项研究中,C6H8O7·H2O作为无害的酸水解催化剂促进水解,强酸镁盐作为镁源,以避免沉淀。溶液具有酸性环境,pH值为2.1~2.8,是形成稳定硅镁溶胶的必要条件。然而,当Si/Mg比低于2或CTAB量高于3时,溶胶通常在12小时内析出。作者通过调控Si/Mg比为10、6、3、2的纤维,CTAB水平为1、2、3成功制备了SiO2-MgO杂化纤维。热力学表明,SMHFs具有自发吸附和物理化学吸附性质。SMHFs在存在干扰物质的情况下保持了良好的性能,并保持了其可重用性。因此,SMHFs具有高效、低成本、易制备、环保等优点,在污水处理及相关领域具有广阔的应用前景。此外,作者对纺丝过程进行了详细的表征研究,确定了五种二价重金属的选择性序列。还研究了铅(II)和铜(II)吸附的动力学、等温线、热力学、影响因素及再生性能。相关研究成果以“Electrospun SiO2-MgO hybrid fibers for heavy metal removal: characterization and adsorption study of Pb(II) and Cu(II)”为题目发表于期刊《Journal of Hazardous Materials》上。

  图1 纺丝液和SMHFs的合成示意图。

图2 (a)C2@3-HPS#500、(b)N2@3-HPS#500 和 (c)C2@3-#500的SEM图像;(d-h)C2@3-HPS#500的元素分布图;(i-m)C2@3-#500的元素分布图。

图3 (a)MgO fiber, SiO2 和 C2@3-HPS#500纤维对Pb(II) and Cu(II)的吸附性能对比图,(b)C2@3-HPS#500纤维的循环性能。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2019.120974

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文章关键词: 过滤吸附 , 静电纺丝
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