碳纳米纤维结构设计及其对水污染物吸附机制的研究进展
发布时间：2021-03-06 12:12
为促进碳纳米纤维（CNFs）在污水污染物吸附领域的应用,针对性开发具有高吸附性能的CNFs吸附剂,分别综述了静电纺丝法、化学气相沉积法、模板法以及绿色环保法制得的CNFs吸附剂的结构设计、制备、功能化改性原理等,着重分析了各CNFs吸附剂的吸附机制,列举了多种CNFs对污水中重金属离子、阳离子染料及有机污染物的吸附性能,探讨了不同方法制得的CNFs在制备效率、结构、吸附性能、重复利用性能等方面的优劣势,并阐述了CNFs吸附剂在电除盐、离子测定等其他领域的应用拓展;最后提出了低成本产业化制备、多污染物广泛吸附、力学性能提升、驻极辅助吸附、循环利用及其应用领域拓展等为今后CNFs吸附剂发展的重点方向。
【文章来源】：纺织学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PAN纳米纤维在热处理下的化学反应机制
上述研究表明，CNTs等纳米粒子的加入可改善CNFs的污染物吸附性能。然而，通过上述方法制备的纳米粒子大都被裹覆于CNFs内部，难以发挥其吸附活性位点丰富的优势，将纳米粒子沉浸或生长在CNFs的表面，对于提高CNFs整体吸附特性具有重要的意义。为此，本文课题组先制得了静电纺CNFs，并用等离子体辅助化学沉积(PECVD)法在CNFs表面垂直均匀地生长CNTs阵列，得到CNFsCNTs复合纤维膜。图2示出CNFs-CNTs吸附剂制备流程图，图3示出不同PECVD生长时间下CNFs-CNTs的表面形貌图[29-30]。CNFs-CNTs的比表面积达398.17 m2/g,120 min后可吸附水溶液中98%的Cr(Ⅵ)，吸附量比共混纺丝方法提高了2倍。Asmaly等将Fe2O3浸渍在CNFs表面，其比表面积由40.7 m2/g提升至227.5 m2/g，而由于充分暴露的Fe2O3，纳米纤维对苯酚的吸附量也提高了4倍[31]。然而，在纤维表面引入纳米材料虽能充分利用纳米材料的比表面积和吸附活性，但也面临着纳米材料易脱落，形成二次污染的问题。1.5 静电纺CNFs三维宏观体组装
除CNFs的表面功能化和内部结构调控外，将CNFs组装成三维宏观体也是提高CNFs吸附性能的研究热点。Guan等通过冰偏析诱导自组装法将CNFs组装成气凝胶，并将其应用于双水相体系中离子液体的吸附[32]。一方面CNFs气凝胶展现出了高效的离子液体吸附特性;另一方面，在吸附完成后，CNFs气凝胶表面含水量极低，在对CNFs气凝胶通电后，由于焦耳效应，其良好的导电性确保了CNFs在超高的离子液体浓度下同样具有快速吸附性能。将CNFs与CNTs或石墨烯等纳米材料协同组装成三维结构不仅可提高其单次吸附量，所构建的三维结构体优异的力学性能使其还具备了多次循环使用性能。Luo等以细菌纤维素为前驱体，利用原位生物层层组装法制得了石墨烯/CNFs三维气凝胶，并将其用于多种油和有机溶剂的吸附[33];而Xu等以竹浆纤维为原料，通过浸渍和炭化工艺制备了CNFs/CNTs三维结构体[34]。CNFs与石墨烯或CNTs的协同作用增加了材料的比表面积和孔隙率，降低了体密度，再加上强疏水性，使吸附剂和目标污染物之间的作用被显著增强。此外，这些三维气凝胶中往往分布了大量的大孔径孔洞，为目标污染物的存储提供了足够的空间;而CNFs与石墨烯或者CNTs之间相互的抱缠又使气凝胶材料具有优异的压缩回弹性，因此，其对多种油和有机溶剂显现出超高的吸附量和循环利用性能。2 CVD法制备CNFs
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺胺化聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其对Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能[J]. 王杰,汪滨,杜宗玺,李从举,李秀艳,安泊儒. 纺织学报. 2020(01)
[2]静电纺丝法制备高效空气过滤材料的研究进展[J]. 刘朝军,刘俊杰,丁伊可,张建青,黄禄英. 纺织学报. 2019(06)
[3]选择性吸附Pt（Ⅳ）的杯芳烃纤维制备及其吸附动力学[J]. 陶旭晨,李林. 纺织学报. 2019(03)
[4]重金属废水吸附处理的研究进展[J]. 刘金燕,刘立华,薛建荣,吕超强,李童,胡博强. 环境化学. 2018(09)
[5]碳纳米复合结构纤维膜吸附性能研究[J]. 伍海明,陈磊,李翠玉. 天津纺织科技. 2018(01)
本文编号：3067082
【文章来源】：纺织学报. 2020,41(08)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
PAN纳米纤维在热处理下的化学反应机制
上述研究表明，CNTs等纳米粒子的加入可改善CNFs的污染物吸附性能。然而，通过上述方法制备的纳米粒子大都被裹覆于CNFs内部，难以发挥其吸附活性位点丰富的优势，将纳米粒子沉浸或生长在CNFs的表面，对于提高CNFs整体吸附特性具有重要的意义。为此，本文课题组先制得了静电纺CNFs，并用等离子体辅助化学沉积(PECVD)法在CNFs表面垂直均匀地生长CNTs阵列，得到CNFsCNTs复合纤维膜。图2示出CNFs-CNTs吸附剂制备流程图，图3示出不同PECVD生长时间下CNFs-CNTs的表面形貌图[29-30]。CNFs-CNTs的比表面积达398.17 m2/g,120 min后可吸附水溶液中98%的Cr(Ⅵ)，吸附量比共混纺丝方法提高了2倍。Asmaly等将Fe2O3浸渍在CNFs表面，其比表面积由40.7 m2/g提升至227.5 m2/g，而由于充分暴露的Fe2O3，纳米纤维对苯酚的吸附量也提高了4倍[31]。然而，在纤维表面引入纳米材料虽能充分利用纳米材料的比表面积和吸附活性，但也面临着纳米材料易脱落，形成二次污染的问题。1.5 静电纺CNFs三维宏观体组装
除CNFs的表面功能化和内部结构调控外，将CNFs组装成三维宏观体也是提高CNFs吸附性能的研究热点。Guan等通过冰偏析诱导自组装法将CNFs组装成气凝胶，并将其应用于双水相体系中离子液体的吸附[32]。一方面CNFs气凝胶展现出了高效的离子液体吸附特性;另一方面，在吸附完成后，CNFs气凝胶表面含水量极低，在对CNFs气凝胶通电后，由于焦耳效应，其良好的导电性确保了CNFs在超高的离子液体浓度下同样具有快速吸附性能。将CNFs与CNTs或石墨烯等纳米材料协同组装成三维结构不仅可提高其单次吸附量，所构建的三维结构体优异的力学性能使其还具备了多次循环使用性能。Luo等以细菌纤维素为前驱体，利用原位生物层层组装法制得了石墨烯/CNFs三维气凝胶，并将其用于多种油和有机溶剂的吸附[33];而Xu等以竹浆纤维为原料，通过浸渍和炭化工艺制备了CNFs/CNTs三维结构体[34]。CNFs与石墨烯或CNTs的协同作用增加了材料的比表面积和孔隙率，降低了体密度，再加上强疏水性，使吸附剂和目标污染物之间的作用被显著增强。此外，这些三维气凝胶中往往分布了大量的大孔径孔洞，为目标污染物的存储提供了足够的空间;而CNFs与石墨烯或者CNTs之间相互的抱缠又使气凝胶材料具有优异的压缩回弹性，因此，其对多种油和有机溶剂显现出超高的吸附量和循环利用性能。2 CVD法制备CNFs
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺胺化聚丙烯腈纳米纤维膜的制备及其对Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能[J]. 王杰,汪滨,杜宗玺,李从举,李秀艳,安泊儒. 纺织学报. 2020(01)
[2]静电纺丝法制备高效空气过滤材料的研究进展[J]. 刘朝军,刘俊杰,丁伊可,张建青,黄禄英. 纺织学报. 2019(06)
[3]选择性吸附Pt（Ⅳ）的杯芳烃纤维制备及其吸附动力学[J]. 陶旭晨,李林. 纺织学报. 2019(03)
[4]重金属废水吸附处理的研究进展[J]. 刘金燕,刘立华,薛建荣,吕超强,李童,胡博强. 环境化学. 2018(09)
[5]碳纳米复合结构纤维膜吸附性能研究[J]. 伍海明,陈磊,李翠玉. 天津纺织科技. 2018(01)
本文编号：3067082
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huanjinggongchenglunwen/3067082.html
