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静电纺纳米纤维的过滤机理及性能摘要：纳米纤维将来最广泛的用途之一是用于过滤材料。
利用静电纺丝方法能够得到直径为几十或几百纳米的纳米级纤维，形成的纤维毡重量轻，渗透性好，比表面积大、孔隙率高、内部孔隙的连通性好，很适合用作过滤材料。
在基布上铺上纳米纤维层复合后，基布的过滤效率可明显提高，纳米纤维层的孔径比基布约小两个数量级，并且纳米纤维层孔径分布均匀、离散度小。
关键词：静电纺丝；纳米纤维；过滤性能近年来，通过静电纺丝制造纳米纤维较为流行。
静电纺丝提供了一种制造纳米纤维的便捷途径，生产纳米纤维所需聚合物的量可小至几百毫克。
静电纺纳米纤维在众多领域有着广泛的用途，不仅可以用作过滤材料，也可以用于组织工程、人造器官、药物传递和创伤修复等。
但是目前只有在过滤方面的应用稍微成熟，因纳米纤维网强力太低，一般需要熔喷、纺粘、针织布等基布支撑，这样形成的复合过滤材料既克服了纳米纤维强力小的缺点，又发挥了其优越的过滤性能。
DOSHI研究发现，夹入纳米纤维于熔喷与纺粘织物之间做成的过滤材料比传统的商业过滤器更能有效地排除超细微粒。
甚至以纳米纤维为夹层的过滤材料，因为高表面积和低重量，仅仅用重量是原来1／15的这种复合过滤材料就能达到很好的过滤性能[1]。
本文简要介绍了静电纺纳米纤维的发展、基本理论、纺丝工艺参数对静电纺丝的影响，以及非织造织物的过滤机理、结构和性能参数，对静电纺纳米纤维在过滤材料方面的应用研究现状进行综述分析。
1．静电纺丝1.1静电纺丝的发展历程及国内外现状水平静电纺最早出现在20世纪初期。
1917年，Zeleny J阐述了静电纺丝的原理[2]。
1934年，Formhals申请了制备聚合物超细纤维的静电纺丝装置专利[3]；1966年，Simons申请了由静电纺丝法制备超薄、超细非织造膜的专利[4]；1981年，Larrondo等对聚乙烯和聚丙烯进行了熔融静电纺丝的研究[5]；1995年，Reneker研究组开始对静电纺丝进行研究，静电纺丝迅速发展[6]；1999年，Fong等对静电纺丝纳米纤维串珠现象及微观结构作了研究[7-8]；2000年，Spivak等首次采用流体动力学描述静电纺丝过程，并且提出了静电纺丝的工艺参数[9-10]；2004年，捷克利贝雷茨技术大学与爱勒马可公司合作生产的纳米纤维静电纺丝机问世。
活性炭纤维吸附苯系物影响因素的研究
孙辉;薛文平;姜莉莉;林海;赵一玲
【期刊名称】《环境科学与技术》
【年(卷),期】2007(30)7
【摘要】研究了吸附法去除室内苯系物。
实验用活性炭纤维(ACF)作为苯系物的吸附剂,苯、甲苯作为苯系物的代表物。
研究苯系物的浓度、气流量及填充密度等条件对活性炭纤维吸附性能的影响。
实验结果表明:初始浓度大的苯系物穿透时间短;当两组分气体(苯、甲苯)混合吸附时,吸附能力强的甲苯有置换吸附能力弱的苯的现象发生;气流量加大会较快到达穿透点和吸附饱和点,使穿透曲线发生左移,曲线斜率不变;填充密度对穿透时间与饱和时间都有影响,密度大有利于吸附。
【总页数】3页(P18-19)
【关键词】活性炭纤维;吸附;苯系物;穿透曲线
【作者】孙辉;薛文平;姜莉莉;林海;赵一玲
【作者单位】大连轻工业学院化学与材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】X131.3
【相关文献】
1.活性炭吸附VOC苯系物的影响因素研究 [J], 高瑞英;陈秋燕;李忠军
2.CO2直接活化法制备PAN基活性炭纤维及其对苯系气体吸附性能的研究 [J], 赵世怀;陶超;张爱旭;张旭平;杨紫博;张翠翠;万勇;赵晓明
3.活性炭纤维吸附酚类化合物的影响因素 [J], 李国希;胡乐晖
4.影响活性炭吸附苯系物条件的研究 [J], 陈秋燕;袁文辉;关建郁
5.活性炭纤维毡、粉末活性炭、颗粒活性炭对水中硝基苯的静态吸附研究 [J], 周欣梅;宋雷蕾;刘建华
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纳米技术聚苯乙烯纳米纤维固相萃取性能检测方法1 范围本标准规定了聚苯乙烯纳米纤维固相萃取性能的检测方法。
本标准适用于食品、环境、生物、医疗等各领域使用聚苯乙烯纳米纤维作为含有苯环或不含有苯环的弱极性化合物固相萃取吸附剂的生产企业及第三方检测机构对相关应用指标进行测试。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 6682 分析实验室用水规范和试验方法GB/T 32269-2015 纳米科技纳米物体的术语和定义纳米颗粒、纳米纤维和纳米片SN/T 4852-2017 《食品检测用固相萃取柱评价指南聚合物离子交换柱》BJS 201905 《食品中罗丹明B的测定》3 术语和定义、缩略语3.1 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1纳米纤维Nanofibers两个维度外部尺寸相近且处于广义纳米尺度，剩余一个维度外部尺寸明显大于其他两个维度尺度的纳米物体。
3.1.2固相萃取 Solid Phase Extraction利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后用洗脱液洗脱或加热解吸附，达到分离和富集目标化合物的目的。
3.1.3 回收率 Recovery1被分析物经过聚苯乙烯纳米纤维固相萃取柱萃取后被检测到的量和目标物实际量的比值。
3.1.4 批内重复性 Intra-batch repeatability在同一实验室，由同一操作者使用相同的设备，按相同的测试方法，对同一批次内至少6支固相萃取柱在高浓度和低浓度水平采用同种食品基质加标的相互独立进行的测试条件为重复性条件。
在重复性条件下获得的检测结果的相对标准偏差称为批内重复性。
3.1.5 批间一致性 Inter-batch consistency对于同一种类型和每一个添加水平，采用不同批号间的固相萃取柱所得到的结果在统计学上的差别。
静电纺丝纳米过滤材料的研究进展刘瑞雪;刘太奇;操彬彬【摘要】For environmental problems becoming a hot topic, the electrospun fiber based filter materials arouse people's attention. In this paper, the new development, application and prospect of electrospun fiber based filter materials were introduced.%随着人们对环境问题的重视,净化材料得到了进一步发展,尤其是静电纺丝纳米纤维过滤材料更是引起了人们的关注.本文综述了静电纺丝纳米过滤材料的研究发展、应用及发展前景.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)002【总页数】4页(P73-76)【关键词】静电纺丝;过滤材料;功能化;夹心式【作者】刘瑞雪;刘太奇;操彬彬【作者单位】北京石油化工学院环境材料研究中心,北京,102617;北京化工大学材料科学与工程学院,北京,100029;北京石油化工学院环境材料研究中心,北京,102617;北京石油化工学院环境材料研究中心,北京,102617;北京化工大学材料科学与工程学院,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】TG149现有的高效空气过滤器能过滤掉粒径在0.3 μ m以上的微粒,但却不能有效过滤尺寸更小的如病毒类的病原体[1]。
化学和生物气溶胶(微粒)的粒径通常为1～10 μ m,这些颗粒物质可能会携带一些吸附性的气体污染物。
除去微粒和有害微生物是水净化过程中很重要的一步,人们正在寻找高性能的过滤材料,用于过滤粒径在0.3 μ m以下的微粒和吸附性有害气体。
静电纺丝纳米纤维由于其独特的性质,比表面积大、渗透性好、孔径小、孔隙的连通性好以及具有将活性化学或功能性物质转变成纳米尺寸物质的潜力,非常适合做净化用的过滤材料。
国外发明了一种新的“纤维垫”，可以吸附并破坏水中
的污染物
据外媒报道，莱斯大学的研究人员们发明了一种新的“纤维垫”，它的神奇之处是可以吸附并破坏水中的污染物。
这种“净化器”由嵌入聚合物纤维中的二氧化钛纳米粒子组成。
测试中，研究团队证明了这种材料确实可以吸附污染物。
不过用的不是水，而是将二氧化钛纳米颗粒暴露在紫外线下，才能消灭污染物。
与其它系统相比，这种设计更加快速、安全、且节能。
实际上，二氧化钛是一种相当高产的净化材料。
当暴露在紫外光下的时候，它可以成为光催化剂，释放出活性氧（ROS）来分解污染物。
多年来，这种能力已经被应用于微流体过滤器、建筑吸烟面板、以及让我们可以在阳光下晾晒衣物的织物涂层。
本例中，二氧化钛纳米颗粒被嵌入高渗透聚乙烯纤维板中，以清除和杀死干扰物。
鉴于纤维本身的疏水性（防水），意味着它们不会吸收水分、但是会吸走污染物。
在这些垫子吸附了污染物之后，再用紫外光对其进行照射，即可触发破坏。
静电纺聚苯乙烯纳米纤维膜的制备及其性能柯惠珍;李永贵【摘要】采用静电纺丝方法制备了疏水性聚苯乙烯(PS)纳米纤维膜.研究了添加0.5wt.％十二烷基硫酸钠(SDS)对PS纺丝溶液性能以及纳米纤维膜形貌结构的影响,内容涉及PS纳米纤维膜厚度对膜的平均孔径和孔径分布的影响分析,该膜的水接触角和孔隙率的测试等.最后,采用直接接触式膜蒸馏(DCMD)装置测试了不同厚度PS纳米纤维膜在蒸馏水和35g/L NaCl溶液中的水通量和截留率.研究结果表明了平均孔径约为0.19μm、厚度约为150μm、孔隙率约为84％、接触角约为114°的PS纳米纤维膜的水通量约为19.4kg/m2 h,截留率大于99.99％,适合应用于DCMD领域用于盐溶液和海水淡化.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2019(037)002【总页数】5页(P184-188)【关键词】静电纺丝;聚苯乙烯;纳米纤维膜;形貌结构;膜蒸馏【作者】柯惠珍;李永贵【作者单位】闽江学院服装与艺术工程学院,福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室,福建福州 350108;闽江学院服装与艺术工程学院,福建省新型功能性纺织纤维及材料重点实验室,福建福州 350108【正文语种】中文【中图分类】TQ342.9411 引言水资源是人类赖以生存的基本，为了确保人类的延续，开发可持续发展且具有成本效益的水资源净化技术就显得非常有意义。
膜蒸馏(Membrane Distillation, MD)是一种膜分离技术，具有显著的优点如对于非挥发性的溶质(如离子，大分子，胶体和细胞等)具有100%的截留率，比传统的蒸馏方法具有更低的操作温度，与压力驱动型的过滤技术(如反渗漏和纳滤技术)相比具有较低的操作压力，并且不存在蒸发器腐蚀等问题。
目前，膜蒸馏技术已经被广泛应用于海水淡化、苦咸水脱盐、超纯水生产、废水中金属离子和污染物去除、药液和果汁浓缩等领域[1-4]。
聚苯乙烯吸附原理聚苯乙烯（Polystyrene）是一种常见的合成聚合物，由苯乙烯单体聚合而成。
它具有良好的吸附性能，因此在吸附材料的制备中被广泛应用。
聚苯乙烯的吸附原理主要是通过静电作用和亲疏水性来实现的。
首先，聚苯乙烯的分子结构含有苯环和乙烯基，这使得它具有较强的亲疏水性。
其次，聚苯乙烯分子中的苯环含有大量的π电子，这使得聚苯乙烯具有良好的静电吸附能力。
当有害物质与聚苯乙烯接触时，由于聚苯乙烯表面的静电吸附能力和亲疏水性，有害物质会被吸附在聚苯乙烯表面。
聚苯乙烯吸附原理在实际应用中有着广泛的用途。
首先，聚苯乙烯吸附材料可以用于水质净化。
聚苯乙烯具有亲疏水性和静电吸附能力，可以有效地吸附水中的有机物、重金属离子和微生物等有害物质，提高水质的净化效果。
其次，聚苯乙烯吸附材料还可以用于气体净化。
聚苯乙烯具有较大的比表面积和较好的吸附性能，可以吸附空气中的有害气体，如甲醛、苯、氨气等，净化室内空气质量。
此外，聚苯乙烯吸附材料还可以应用于噪声控制、油水分离等领域。
聚苯乙烯吸附原理的研究对于提高吸附材料的吸附性能具有重要意义。
通过对聚苯乙烯分子结构的调控和改性，可以使其具有更好的亲疏水性和静电吸附能力。
此外，研究聚苯乙烯吸附机制和吸附动力学也是提高吸附材料性能的关键。
通过深入研究聚苯乙烯吸附原理，可以更好地设计和制备各种吸附材料，提高其吸附效率和循环使用性能。
聚苯乙烯具有良好的吸附性能，其吸附原理主要是通过静电作用和亲疏水性来实现的。
聚苯乙烯吸附材料在水质净化、气体净化、噪声控制、油水分离等领域有着广泛的应用。
研究聚苯乙烯吸附原理对于提高吸附材料性能具有重要意义，可以通过调控分子结构和研究吸附机制来设计和制备更好的吸附材料。
聚苯乙烯纳米复合材料的加工及应用性能研究聚苯乙烯（Polystyrene, PS）是一种重要的工业塑料，其具有轻质、透明、脆性及低成本等特点，被广泛应用于电子、建筑、餐饮等领域。
然而，初级PS材料存在一些缺陷，例如密度、强度、韧性等方面不够理想，限制了其在一些特殊场合的应用。
为了改善PS材料性能，纳米技术被引入其中，形成聚苯乙烯纳米复合材料。
一、聚苯乙烯纳米复合材料制备方法聚苯乙烯纳米复合材料的制备方法主要包括溶液共混法、熔体混合法、原位聚合法等多种方法。
1、溶液共混法溶液共混法是将纳米材料加速剂与聚苯乙烯原料一起在溶液中搅拌，使其充分溶解并均匀分散。
搅拌结束后除去溶剂，得到聚苯乙烯纳米复合材料。
溶液共混法具有制备简单、操作方便等优点，适用于少量样品制备，但相对复合材料的力学性能有所降低，需要进一步改进。
2、熔体混合法熔体混合法是将纳米材料加速剂均匀混合在聚苯乙烯熔体中，使其充分融合、分散。
最终经过冷却、成型得到聚苯乙烯纳米复合材料。
熔体混合法相对于溶液共混法制备出来的复合材料力学性能会有所提高，因为其可控性、生产效率高，被广泛应用于工业生产。
3、原位聚合法原位聚合法是将亲水性或亲疏水性的单体置于纳米材料表面，通过单体聚合反应得到聚合材料，与聚苯乙烯熔体混合后再进行成型得到聚苯乙烯纳米复合材料。
原位聚合法制备的聚苯乙烯纳米复合材料具有高强度、高韧性等优点，但相对制备难度大，适用性较窄。
二、聚苯乙烯纳米复合材料应用性能研究纳米复合材料的应用性能是制备过程中需要高度关注和研究的领域，本节主要通过介绍聚苯乙烯纳米复合材料的力学性能、热性能、透明性能进行讨论。
1、力学性能聚苯乙烯纳米复合材料的力学性能受到纳米材料加速剂选择、制备工艺、添加量等多方面的影响。
一些研究表明，适当添加纳米复合材料可以在保持原材料基本特性的情况下大幅度提高力学性能，如拉伸强度、冲击韧性等。
2、热性能聚苯乙烯本身在高温环境容易发生熔融或炭化，因此需要探索如何改善其热性能，避免应用过程中容易受到高温影响而造成材料损失。
纳米聚苯乙烯微球用于膜分离性能评价的研究于涛;罗嫣;于小焱;赵虹;张川【摘要】采用30 nm羧基修饰和100 nm硫酸盐修饰的聚苯乙烯(PS)微球作为截留物质,考察其和多种不同材质、不同截留性能的超滤膜在常规截留实验中的测试结果,探索了纳米级聚苯乙烯微球作为截留标准物质的可行性.实验结果表明,两种PS微球在发射波长为498 nm和541 nm处的荧光强度与其浓度具有良好的线性关系,可准确进行定量分析,检出限为(93±16)μg/L.在截留实验中,PS微球对PVDF 和PES两种材质的膜有一定的吸附作用;而对于PS、PVC、PAN 3种材质的膜没有吸附作用,截留效果良好.初步确认PS微球能够准确、简便地评价超滤膜的截留性能.%Retention experiments on ultrafiltration membranes with five different materials have been carried out by utilizing polystyrene polymer microspheres 30 nm with carboxyl-modified and those of 100 nm with sulfate-modified as retention standard substance,and the feasibility of nanoscale polystyrene microspheres as retention standard substance has been studied.Experimental results show that,there is a good linear relationship between fluorescence intensity and the concentration on emission wavelength of 498 nm and 541 nm,with a detection limit of (93±16) μg/L.PS microspheres were found to be absorbed in the experiment by PVDF and PES membranes,whereas no adsorption on the PS/PVC/PAN membranes.Polystyrene microspheres can be used to characterize the rejection performance of ultrafiltration membrane accurately and simply.【期刊名称】《膜科学与技术》【年(卷),期】2017(037)005【总页数】5页(P9-13)【关键词】截留标准物质;超滤膜;聚苯乙烯微球【作者】于涛;罗嫣;于小焱;赵虹;张川【作者单位】国家海洋标准计量中心,天津300112;国家海洋标准计量中心,天津300112;国家海洋标准计量中心,天津300112;国家海洋标准计量中心,天津300112;国家海洋标准计量中心,天津300112【正文语种】中文【中图分类】TQ028.8超滤膜在一定压力驱动下对于具有特定几何尺寸物质的分离是一种综合物理分离过程，其分离能力主要依靠超滤膜固有几何孔径的筛分作用进行，另外还有诸如静电引力、架桥作用等因素，也会对分离过程产生影响.由于超滤膜是由有机复合材料制成的具有过滤层和支撑层的部分通透的多孔结构，以现有的技术手段对其过滤层固有孔径直接测量较为困难.因此在评价超滤膜的截留性能时，往往使用具有标称分子量的物质作为媒介，通过考察超滤膜对该物质的截留效果评判其分离能力.通常超滤膜膜孔尺寸的大小以其能截留的物质的切割分子量来表征，一般为几百至几百万[1-2]；而孔径较大的分离膜，如微滤膜，直接以平均孔径来描述(大于或等于0.1 μm)[1].目前，我国相关标准中采用的截留标准物质主要为聚乙二醇(PEG)、牛血清蛋白(BSA)、乳清蛋白(LA)、葡聚糖(DXT)和细胞色素C[3-4].其中PEG和DXT分子结构为链状，测出的截留率往往偏差大[5]；而蛋白质与很多膜材料之间存在强烈的吸附作用，性质不稳定[6]，同时其在不同溶液条件下状态不同，如BSA在不同pH条件下，其所带电荷不同将影响膜的截留率，给膜孔径的测定带来了不确定性.另外，以上截留物质还存在可选择的分子量范围有限，分子量分布窄的标准品价格昂贵、不易获得等问题.同时，采用上述截留物质表征超滤膜截留性能也存在着结果无法统一的问题，大量研究[7-10]表明，商品化的超滤膜产品所标称的切割分子量，往往与实验室中的测定值存在较大差异，而这种差异的产生在很大程度上是由于测定时所使用的截留标准物质的不同造成的.且即使标称分子量相同的截留物质，由于空间构象、表面电性、流体力学半径等因素差异，也会导致截留试验结果的差异.因此，找到一种应用广泛，物理和化学性质稳定、结构合理的超滤膜截留性能评价物质，具有十分重要的意义.本工作采用聚苯乙烯(PS)高聚物微球作为超滤膜截留性能评价的材料，初步研究其作为截留物质的各项性能，并进行分析评价.PS是一种高分子材料，微球是由苯乙烯分子通过自由基加聚反应形成交联大分子，存在形式为单分散性微球单体，可分散于水中形成悬浮液，该物质物理化学性质稳定，分子结构明确，而且浓度分析简易，最重要的是该物质直接使用平均粒径的大小表征超滤膜的截留性能，对于使用者来说直观有效，方便选择自己所需的膜产品，因此其具备成为测定超滤膜截留性能标准物质的基本条件[11].实验中采用荧光基团修饰的PS微球作为检测目标物，因此可使用荧光分光光度计对其进行浓度定量.1 实验部分1.1 试剂与材料分离膜5种，材质分别是聚砜(PSF)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)及聚醚砜(PES).PS微球购自美国Sigma公司.厂家提供参数如下：L5155乳胶珠，羧基修饰聚苯乙烯，荧光黄绿色的水悬浮液，平均粒径0.03 μm；L1528乳胶珠，硫酸盐修饰聚苯乙烯，荧光橙的水悬浮液，平均粒径0.1 μm.羧基修饰的溶液质量分数为2.5%，激发波长为470 nm，发射波长为505 nm；硫酸盐修饰的溶液质量分数为2.5%，激发波长为490 nm，发射波长为540 nm.1.2 实验设备中空纤维超滤膜过滤测试装置，自制。
PP-g-(AA-MAH )纤维的制备及对水中苯胺的吸附许懿扬,连洲洋,张寅,钱慧,魏无际(南京工业大学环境科学与工程学院,江苏南京211800)[摘要]通过悬浮接枝和熔喷纺丝技术制备的PP-g-(AA-MAH )纤维用于吸附水中苯胺,考察pH 、苯胺初始浓度、吸附时间等因素对苯胺吸附效果的影响,并探讨纤维吸附苯胺的机理和再生性能。
结果表明,pH 对PP-g-(AA-MAH )吸附性能影响较大,pH 为7时苯胺吸附量最大,90min 时达到48.3mg/g 。
纤维在前45min 对苯胺的吸附速率很快,之后增长减缓。
随着苯胺初始浓度升高,苯胺吸附量先增大后趋于平缓。
纤维对苯胺的吸附符合准二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir 等温吸附模型。
纤维中的羧基通过与苯胺发生氢键作用和静电作用吸附苯胺。
此外PP-g-(AA-MAH )纤维有良好的再生性能。
[关键词]PP 纤维;悬浮接枝;苯胺;吸附[中图分类号]X703;TQ424[文献标识码]A[文章编号]1005-829X (2021)07-0117-05Preparation of PP-g-(AA-MAH )fiber and its adsorption for aniline in waterXu Yiyang ,Lian Zhouyang ,Zhang Yin ,Qian hui ,Wei Wuji(School of Environmental Science and Engineering ,Nanjing Tech University ,Nanjing 211800,China )Abstract :PP-g-(AA-MAH )fiber prepared by suspension grafting and melt blown spinning technology was used to adsorb aniline in water.The effects of pH ,initial concentration of aniline ,adsorption time and other factors on the ad ⁃sorption of aniline in water were studied.The mechanism and regeneration performance of fiber adsorption of aniline were discussed.The results showed that pH had a great influence on the adsorption performance of PP-g-(AA-MAH ).The largest adsorption capacity of aniline at 90min reached 48.3mg/g when pH was 7.Adsorption rate of the fiber to aniline was very fast in the first 45minutes ,and then the growth slowed down.The kinetic of adsorption followed thepseudo ⁃second ⁃order model ,and the adsorption isotherm was better fitted by the Langmuir isotherm adsorption model.Aniline was adsorbed by carboxyl group in the fiber through two kinds of hydrogen bonding and electrostatic interac ⁃tion.PP-g-(AA-MAH )fiber had good regeneration performance.Key words :PP fiber ;suspension grafting ;aniline ;adsorption随着化工产业发展,苯胺作为主要有机化工原料和精细化工中间产物,市场需求量骤升。
第29卷 第1期2010年 1月环 境 化 学ENV I R ONM E NTAL C HE M ISTRY V o.l 29,N o .1January 20102009年5月9日收稿.*江苏省高新技术(BG2007044).**通讯联系人,Te:l 025 ******** 1013,E ma i :l xj k ang64@163 co m 聚苯乙烯电纺纳米纤维对水中苯系物的吸附性能*孙 静 马玉琴 康学军**(东南大学公共卫生学院,东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室,南京,210096)摘 要 采用高效液相色谱法研究了静电纺聚苯乙烯纳米纤维对水中苯系物有机污染物的吸附性能,探究了纳米纤维对苯、对氯苯、硝基苯的吸附容量随浓度和时间的变化规律.通过实验得到静电纺纳米纤维对苯、对氯苯、硝基苯的平衡吸附容量平均值分别为9 82,5 57和4 4m g g -1,静态吸附4h 后基本达到平衡.实验结果表明,静电纺聚苯乙烯纳米纤维能够较好地吸附苯类物质,并能多次重复利用,对水中较低浓度的苯类物质吸附是一种比较合适的吸附材料.关键词 纳米纤维,苯,吸附.苯及其衍生物作为重要的化工原料会随着工业废水的排放进入环境而危害人类的健康,近年来其去除方法研究倍受关注[1].由于苯系物特殊的化学结构以及潜在的致癌性,许多种苯系物已被世界各国列入水中优先控制污染物名单,这些污染物主要包括多环芳烃、卤代烃、多氯联苯等.因此,发展安全、可靠、易操作的去除方法逐渐成为研究的热点.在各种技术中,吸附法是主要的特别适于水体中微污染芳香物的去除方法[1].研究较多的是碳为基质的吸附材料,其中活性炭纤维表面积大,具有优异的结构和性能特征.纤维素纤维、酚醛树脂纤维、聚丙烯腈纤维和沥青纤维为前驱体的活性炭纤维已经大规模工业化生产,但各种纤维在制造过程中需要高温氧化处理,易产生许多不易控制的因素[2].静电纺纳米纤维是近来引起关注的制备纳米材料的新技术,采用静电纺制备高分子纳米纤维,比较容易改变纤维的组成和形貌,可以方便地根据目标物理化性质设计制成与之有高效吸附性的新材料.纳米纤维具有比表面积大、吸附快等优点,而且使用方便,容易再生[3].越来越多的研究者将高分子纳米纤维用于分离、萃取、测定等方面[4 6].本文用静电纺丝法制备聚苯乙烯纳米纤维,并就其对苯、硝基苯、对氯苯的吸附性能进行了初步研究,为其广泛应用奠定基础.1 实验部分1 1 色谱条件LC 20AD 高效液相色谱仪,SPD M 20A 紫外检测器(岛津,日本);色谱柱:岛津VP ODS C 18(150mm 4 6mm ,5 m );为提高化合物的分离柱效及峰形,流动相中加入磷酸二氢钾,流动相:甲醇 25mmo l l -1磷酸二氢钾=65 35,用磷酸调节p H 值4 5,用0 45 m 微孔滤膜过滤,超声脱气;流速:1 0m l m i n -1;波长:208nm ;进样量:50 ;l 温度:20 .1 2 标准溶液的配制苯、硝基苯、对氯苯甲醇标准储备液:分别精密称取苯、硝基苯、对氯苯适量,用甲醇溶解配制0 1m g m l -1的溶液,贮藏于4 冰箱.样品液:临用时精密量取各标准储备液加入水稀释成所需浓度(使溶液中甲醇比例 5%,V /V ).1 3 聚苯乙烯纳米纤维的制备与表征静电纺丝溶液的配制:取聚苯乙烯(分子量1 8 105)加入二甲基甲酰胺和四氢呋喃(4 6)的混合溶液,在室温下缓慢搅拌,配制10%(W /V )聚苯乙烯溶液.106 环 境 化 学29卷 静电纺丝:取聚苯乙烯溶液迅速装入带不锈钢针(直径0 5mm )的注射器中,用导线连接不锈钢针与高压电源的正极,距不锈钢针15c m 处放置连接电源负极的收集屏.施加电压20k V,送液速度为1m l h -1,电纺出直径为微米和纳米的纤维,落于铜质收集屏上成网状物[7].纳米纤维电镜扫描图(H itach S 3000N 扫描电镜,日本日立公司)如图1所示.图1 PS 纳米纤维SE M 图F ig 1 T he SE M i m ag e of nanofi ber1 4 实验方法用500 l 的甲醇浸泡纳米纤维1m i n ,同时,为了避免残留的甲醇影响后续的吸附,再用500 l 的水浸泡纳米纤维1m i n .20 下分别取一定量的标准溶液至于锥形瓶中,并稀释成所需浓度.准确称取纳米纤维10m g ,将纳米纤维夹入网夹,放锥形瓶中并记时,不同时间点分别取50 l 进样.根据吸附前后溶液中物质浓度的变化,计算吸附容量[8].吸附容量的计算公式如下:Q =(C 0-C t ) V /m(1)式中:Q 为吸附量,m g g -1;C 0为标样中物质的浓度,m g l -1;C t 为反应后物质的浓度,m g l -1;V 为反应液的体积,;l m 为反应所用纳米纤维的质量,g .2 结果与讨论2 1 苯、对氯苯、硝基苯吸附等温曲线的测定恒温条件下,取定量的标准溶液配置成一系列浓度的溶液,多次测定取平均值绘制吸附曲线,结果如图2所示.图2 苯、对氯苯和硝基苯的吸附曲线Fig 2 T he adsorpti on curves o f benzene ,ch l o robenzene and n itrobenzene on PS nano fibe rs由图2可知,PS 纳米纤维对苯、对氯苯、硝基苯的吸附容量随质量浓度升高而增大,达到平衡时其饱和吸附容量分别为9 82,5 57和4 4m g g -1.3种苯系物结构不同可能是导致吸附容量不同的原因,苯为非极性的物质,其与PS 纳米纤维发生疏水相互作用较强使其吸附量在3种物质中最大,硝基苯由于硝基的强吸电子作用使其分子极性大于苯,所以吸附容量较小;对氯苯由于是对称结构分子,极性也较小,但是可能是由于氯原子的存在使吸附容量介于苯和硝基苯之间,由此看来,苯环上的取代基会影响PS 纳米纤维的吸附效率.2 2 吸附动力学1期孙静等:聚苯乙烯电纺纳米纤维对水中苯系物的吸附性能107恒温条件下,取定量的标准溶液配置成一系列浓度的溶液,多次测定取平均值绘制动力学曲线,结果如图3所示.由图3可以看出苯系物吸附容量随时间的变化趋势,4h后吸附基本达到平衡.考虑到本吸附实验是在完全静置的条件下进行的,说明纳米纤维对水中目标物吸附速度较快,较容易达到平衡.但因聚苯乙烯纳米纤维吸附能力的局限性,仅适用于适当浓度物质的吸附,不适合高浓度苯类物质的吸附.图3 苯、硝基苯和对氯苯的吸附动力学曲线Fig 3 T he adsorpti on dyna m ic curves o f benzene,nitrobenzene and chlorobenzene on PS nano fi bers2 3 吸附参数的拟合有机物在吸附剂上的吸附等温线可以用平衡模型Lang m u ir和Freund lich方程来拟合.本文对3种物质的吸附分别进行了拟合,但3种物质的吸附仅符合Freundlich方程.其结果为:苯:y=1 0055x-0 6097,R2=0 9539,n=0 995;对氯苯:y=0 8676x-0 1314,R2=0 9862,n=1 15;硝基苯:y=0 7045x-0 5046,R2=0 974,n=1 42.式中,y为有机物在吸附剂上平衡吸附量的对数值;x为平衡时有机物在溶液中浓度的对数值.3 结论静电纺聚苯乙烯纳米纤维对苯、硝基苯、对氯苯有较强的吸附.吸附行为因吸附物质分子结构的不同存在一定的差别,本文所用纤维为聚苯乙烯纳米纤维,为非极性的物质,其对苯的吸附容量最大说明吸附作用是基于疏水相互作用为主.吸附过程符合Freundlich方程,4h后吸附基本达到平衡,平衡时苯、对氯苯、硝基苯吸附容量分别为9 82,5 57和4 4m g g-1,且实验是在完全静置的条件下进行,若采取搅拌等措施,会更快达到吸附平衡,聚苯乙烯纳米纤维是一种快速高效的吸附材料.参 考 文 献[1] L i B Z,Lei Z P,H uang Z H,Su rf ace T reated A cti vated C arbon for Re m oval of Aromati c Co m pounds fro m W ater Che m EngTechnol.,2009,32 763 770[2] 刘继凤,浅谈饮用水微量有机污染物处理技术[J] 环境科学与管理,2007,32(4) 99 101[3] 崔振峰,屈学俭,PAN基活性炭纳米纤维的制备及其对金的吸附研究[J] 化工新型材料,2008,36(12) 71 72[4] Yos h i m ats u K,Y e L,Li ndb erg J et al ,S el ecti ve M ol ecu l ar Ad s orp ti on U si ng E l ectrospun Nanofi ber Affi n it y M e mb ranes B iose n sB ioe l ec t ron,2008,23 1208 1215[5] 戚东进,康学军,张逸钧等,采用纳米纤维富集与测定水样中的环境雌激素[J] 中国科技论文线,2008,3(4) 283287[6] Q iD J,Kang X J,Ch en L Q et al ,E l ectrospun Poly m erN anofi bers as a S oli d Phase Extracti on 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nitrobenzene w ere9 82,5 57and4 4m g g-1,respecti v e l y The static adsor p ti o n equ ilibri u m is acco m plished w ithin4h The adsorption data o f three co m pounds on the po l y sty rene nano fi b er fit w e ll w ith Freundlich i s other m The experi m ent sho w ed that the e lectrospun po ly m er nano fi b er can be used to adsorb the aro m atic co m pounds in w ater,and cou l d be reused It has the potential to be used as adsorption m aterial for aro m atic po llutants in w aterK eywords:e lectrospun nano fi b er,benzene,adsorption圈定五大领域,岛津发力北京分析测试学术报告会及展览会(BCEI A)2009年11月25日,由中华人民共和国科学技术部批准、中国分析测试协会主办的专业性分析测试仪器展览会 第13届北京分析测试学术报告会及展览会隆重开幕.岛津中国参展,并以 为用户提供全面解决方案 为主题,向中国用户全面展示了岛津在生命科学、食品安全、医药卫生、环境、生活饮用水五大领域的综合解决方案.同时,2002年诺贝尔化学奖获得者、岛津制作所的田中耕一先生受邀出席了报告会并发表了题为 融合跨学科分析化学的创新 的大会报告.本届展览会上岛津多款新品首次亮相,最新出品的紫外可见分光光度计UV 1750,是吸收了岛津公司在光学仪器领域近50年的丰富经验,为广大分析工作者带来的最新的技术成果,使用方便,是常规分析的利器.同时,岛津的电子探针EP MA 1720用极细的电子束照射样品,进行样品微区中的元素成分及分布分析,广泛应用于金属、半导体、陶瓷、矿产、高分子、生物样品的研发及质量管理等领域.岛津展台及展馆外特设了 快速检测车系统 展示区.快速检测车是将固定的实验室检验形式转移到流动的车辆上,具有监督检查活动半径大、灵活机动、检测速度快、操作简便易行等特点,在药品打假、违禁化学品检验、食品检测、环境监测等方面极具优势.岛津在北京、苏州、天津、宁波等地建立了医疗器械、分析仪器、产业机械的生产型子公司,形成了丰富的产品线,构筑起面向世界的产品生产与供应体系.本届展览会展出的尖端分析测试技术装备,其中有多款为岛津中国苏州工厂制造.本刊讯。
