碳納米纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其對(duì)水污染物吸附機(jī)制的研究進(jìn)展
發(fā)布時(shí)間：2021-03-06 12:12
為促進(jìn)碳納米纖維（CNFs）在污水污染物吸附領(lǐng)域的應(yīng)用,針對(duì)性開發(fā)具有高吸附性能的CNFs吸附劑,分別綜述了靜電紡絲法、化學(xué)氣相沉積法、模板法以及綠色環(huán)保法制得的CNFs吸附劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備、功能化改性原理等,著重分析了各CNFs吸附劑的吸附機(jī)制,列舉了多種CNFs對(duì)污水中重金屬離子、陽(yáng)離子染料及有機(jī)污染物的吸附性能,探討了不同方法制得的CNFs在制備效率、結(jié)構(gòu)、吸附性能、重復(fù)利用性能等方面的優(yōu)劣勢(shì),并闡述了CNFs吸附劑在電除鹽、離子測(cè)定等其他領(lǐng)域的應(yīng)用拓展;最后提出了低成本產(chǎn)業(yè)化制備、多污染物廣泛吸附、力學(xué)性能提升、駐極輔助吸附、循環(huán)利用及其應(yīng)用領(lǐng)域拓展等為今后CNFs吸附劑發(fā)展的重點(diǎn)方向。
【文章來源】：紡織學(xué)報(bào). 2020,41(08)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)
【部分圖文】：
PAN納米纖維在熱處理下的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制
上述研究表明，CNTs等納米粒子的加入可改善CNFs的污染物吸附性能。然而，通過上述方法制備的納米粒子大都被裹覆于CNFs內(nèi)部，難以發(fā)揮其吸附活性位點(diǎn)豐富的優(yōu)勢(shì)，將納米粒子沉浸或生長(zhǎng)在CNFs的表面，對(duì)于提高CNFs整體吸附特性具有重要的意義。為此，本文課題組先制得了靜電紡CNFs，并用等離子體輔助化學(xué)沉積(PECVD)法在CNFs表面垂直均勻地生長(zhǎng)CNTs陣列，得到CNFsCNTs復(fù)合纖維膜。圖2示出CNFs-CNTs吸附劑制備流程圖，圖3示出不同PECVD生長(zhǎng)時(shí)間下CNFs-CNTs的表面形貌圖[29-30]。CNFs-CNTs的比表面積達(dá)398.17 m2/g,120 min后可吸附水溶液中98%的Cr(Ⅵ)，吸附量比共混紡絲方法提高了2倍。Asmaly等將Fe2O3浸漬在CNFs表面，其比表面積由40.7 m2/g提升至227.5 m2/g，而由于充分暴露的Fe2O3，納米纖維對(duì)苯酚的吸附量也提高了4倍[31]。然而，在纖維表面引入納米材料雖能充分利用納米材料的比表面積和吸附活性，但也面臨著納米材料易脫落，形成二次污染的問題。1.5 靜電紡CNFs三維宏觀體組裝
除CNFs的表面功能化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)控外，將CNFs組裝成三維宏觀體也是提高CNFs吸附性能的研究熱點(diǎn)。Guan等通過冰偏析誘導(dǎo)自組裝法將CNFs組裝成氣凝膠，并將其應(yīng)用于雙水相體系中離子液體的吸附[32]。一方面CNFs氣凝膠展現(xiàn)出了高效的離子液體吸附特性;另一方面，在吸附完成后，CNFs氣凝膠表面含水量極低，在對(duì)CNFs氣凝膠通電后，由于焦耳效應(yīng)，其良好的導(dǎo)電性確保了CNFs在超高的離子液體濃度下同樣具有快速吸附性能。將CNFs與CNTs或石墨烯等納米材料協(xié)同組裝成三維結(jié)構(gòu)不僅可提高其單次吸附量，所構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)體優(yōu)異的力學(xué)性能使其還具備了多次循環(huán)使用性能。Luo等以細(xì)菌纖維素為前驅(qū)體，利用原位生物層層組裝法制得了石墨烯/CNFs三維氣凝膠，并將其用于多種油和有機(jī)溶劑的吸附[33];而Xu等以竹漿纖維為原料，通過浸漬和炭化工藝制備了CNFs/CNTs三維結(jié)構(gòu)體[34]。CNFs與石墨烯或CNTs的協(xié)同作用增加了材料的比表面積和孔隙率，降低了體密度，再加上強(qiáng)疏水性，使吸附劑和目標(biāo)污染物之間的作用被顯著增強(qiáng)。此外，這些三維氣凝膠中往往分布了大量的大孔徑孔洞，為目標(biāo)污染物的存儲(chǔ)提供了足夠的空間;而CNFs與石墨烯或者CNTs之間相互的抱纏又使氣凝膠材料具有優(yōu)異的壓縮回彈性，因此，其對(duì)多種油和有機(jī)溶劑顯現(xiàn)出超高的吸附量和循環(huán)利用性能。2 CVD法制備CNFs
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磺胺化聚丙烯腈納米纖維膜的制備及其對(duì)Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能[J]. 王杰,汪濱,杜宗璽,李從舉,李秀艷,安泊儒. 紡織學(xué)報(bào). 2020(01)
[2]靜電紡絲法制備高效空氣過濾材料的研究進(jìn)展[J]. 劉朝軍,劉俊杰,丁伊可,張建青,黃祿英. 紡織學(xué)報(bào). 2019(06)
[3]選擇性吸附Pt（Ⅳ）的杯芳烴纖維制備及其吸附動(dòng)力學(xué)[J]. 陶旭晨,李林. 紡織學(xué)報(bào). 2019(03)
[4]重金屬?gòu)U水吸附處理的研究進(jìn)展[J]. 劉金燕,劉立華,薛建榮,呂超強(qiáng),李童,胡博強(qiáng). 環(huán)境化學(xué). 2018(09)
[5]碳納米復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維膜吸附性能研究[J]. 伍海明,陳磊,李翠玉. 天津紡織科技. 2018(01)
本文編號(hào)：3067082
【文章來源】：紡織學(xué)報(bào). 2020,41(08)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)
【部分圖文】：
PAN納米纖維在熱處理下的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制
上述研究表明，CNTs等納米粒子的加入可改善CNFs的污染物吸附性能。然而，通過上述方法制備的納米粒子大都被裹覆于CNFs內(nèi)部，難以發(fā)揮其吸附活性位點(diǎn)豐富的優(yōu)勢(shì)，將納米粒子沉浸或生長(zhǎng)在CNFs的表面，對(duì)于提高CNFs整體吸附特性具有重要的意義。為此，本文課題組先制得了靜電紡CNFs，并用等離子體輔助化學(xué)沉積(PECVD)法在CNFs表面垂直均勻地生長(zhǎng)CNTs陣列，得到CNFsCNTs復(fù)合纖維膜。圖2示出CNFs-CNTs吸附劑制備流程圖，圖3示出不同PECVD生長(zhǎng)時(shí)間下CNFs-CNTs的表面形貌圖[29-30]。CNFs-CNTs的比表面積達(dá)398.17 m2/g,120 min后可吸附水溶液中98%的Cr(Ⅵ)，吸附量比共混紡絲方法提高了2倍。Asmaly等將Fe2O3浸漬在CNFs表面，其比表面積由40.7 m2/g提升至227.5 m2/g，而由于充分暴露的Fe2O3，納米纖維對(duì)苯酚的吸附量也提高了4倍[31]。然而，在纖維表面引入納米材料雖能充分利用納米材料的比表面積和吸附活性，但也面臨著納米材料易脫落，形成二次污染的問題。1.5 靜電紡CNFs三維宏觀體組裝
除CNFs的表面功能化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)控外，將CNFs組裝成三維宏觀體也是提高CNFs吸附性能的研究熱點(diǎn)。Guan等通過冰偏析誘導(dǎo)自組裝法將CNFs組裝成氣凝膠，并將其應(yīng)用于雙水相體系中離子液體的吸附[32]。一方面CNFs氣凝膠展現(xiàn)出了高效的離子液體吸附特性;另一方面，在吸附完成后，CNFs氣凝膠表面含水量極低，在對(duì)CNFs氣凝膠通電后，由于焦耳效應(yīng)，其良好的導(dǎo)電性確保了CNFs在超高的離子液體濃度下同樣具有快速吸附性能。將CNFs與CNTs或石墨烯等納米材料協(xié)同組裝成三維結(jié)構(gòu)不僅可提高其單次吸附量，所構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)體優(yōu)異的力學(xué)性能使其還具備了多次循環(huán)使用性能。Luo等以細(xì)菌纖維素為前驅(qū)體，利用原位生物層層組裝法制得了石墨烯/CNFs三維氣凝膠，并將其用于多種油和有機(jī)溶劑的吸附[33];而Xu等以竹漿纖維為原料，通過浸漬和炭化工藝制備了CNFs/CNTs三維結(jié)構(gòu)體[34]。CNFs與石墨烯或CNTs的協(xié)同作用增加了材料的比表面積和孔隙率，降低了體密度，再加上強(qiáng)疏水性，使吸附劑和目標(biāo)污染物之間的作用被顯著增強(qiáng)。此外，這些三維氣凝膠中往往分布了大量的大孔徑孔洞，為目標(biāo)污染物的存儲(chǔ)提供了足夠的空間;而CNFs與石墨烯或者CNTs之間相互的抱纏又使氣凝膠材料具有優(yōu)異的壓縮回彈性，因此，其對(duì)多種油和有機(jī)溶劑顯現(xiàn)出超高的吸附量和循環(huán)利用性能。2 CVD法制備CNFs
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]磺胺化聚丙烯腈納米纖維膜的制備及其對(duì)Cr（Ⅵ）和Pb（Ⅱ）的吸附性能[J]. 王杰,汪濱,杜宗璽,李從舉,李秀艷,安泊儒. 紡織學(xué)報(bào). 2020(01)
[2]靜電紡絲法制備高效空氣過濾材料的研究進(jìn)展[J]. 劉朝軍,劉俊杰,丁伊可,張建青,黃祿英. 紡織學(xué)報(bào). 2019(06)
[3]選擇性吸附Pt（Ⅳ）的杯芳烴纖維制備及其吸附動(dòng)力學(xué)[J]. 陶旭晨,李林. 紡織學(xué)報(bào). 2019(03)
[4]重金屬?gòu)U水吸附處理的研究進(jìn)展[J]. 劉金燕,劉立華,薛建榮,呂超強(qiáng),李童,胡博強(qiáng). 環(huán)境化學(xué). 2018(09)
[5]碳納米復(fù)合結(jié)構(gòu)纖維膜吸附性能研究[J]. 伍海明,陳磊,李翠玉. 天津紡織科技. 2018(01)
本文編號(hào)：3067082
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