论文部分内容阅读
近年来,纳米技术在许多学科领域都引起了广泛的重视,而纳米材料的制备及其应用更是已经成为当前材料科学研究的热点。对环境修复材料而言,纳米结构材料的高表面积体积比能极大程度的提高修复材料与污染物之间的作用效率。铁系双金属纳米颗粒是近几年来广泛用于环境污染物修复的代表性纳米材料,良好的物理化学性能使其在难降解污染物如氯代有机污染物、重金属污染物以及染料废水等的净化处理方面表现出显著的效果。然而,大量研究发现,铁系双金属纳米颗粒在常规的制备和应用过程中极易团聚,使得双金属反应活性减小,从而降低了对污染物的去除效率,而且分散在水体中的纳米颗粒容易产生二次污染。虽然已有的改进措施在一定程度上改善了其在水中的分散性能,但寻求一种具有高比表面积的连续介质作为双金属纳米颗粒的载体材料,开发新型高效、无二次污染的水净化材料仍是我们努力的方向。作为一种能快速制备连续纳米材料的方法,静电纺丝技术被广泛用于各种纳米材料的制备。静电纺纤维毡因其具有高比表面积、高孔隙率和低成本等优点使其在环境治理方面展现出了很大的潜力。本文中,我们以静电纺丝技术为基础,以聚电解质高分子材料聚丙烯酸(Polyacrylic acid, PAA)为主体原料,辅以聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)制得的静电纺纳米纤维毡为模板,利用聚丙烯酸高分子的羧基官能团能络合金属离子的特性,通过原位化学还原的方法制备含有铁/镍、铁/钯双金属纳米颗粒的复合纳米纤维毡,开发功能性的废水净化材料。并重点研究了含有铁/镍、铁/钯双金属纳米颗粒的复合纳米纤维毡的制备过程,在对所制备的复合纳米纤维进行相应表征的基础上,分别以印染废水中的代表性染料橙黄G (Orange G, OG)及有机氯污染物三氯乙烯(Trichloroethylene, TCE)为模型污染物对所制备的含铁复合纳米纤维毡的去除水中污染物的性能进行了评价。本文中,为制备具有良好水稳定性的PAA/PVA纳米纤维,我们将PAA与PVA的混合溶液进行纺丝后,145℃条件下热交联处理30min,形成不溶于水的PAA/PVA纳米纤维反应器。SEM测试表明,所制备的PAA/PVA纳米纤维表面光滑、粗细均匀,平均直径为217±65 nm。利用PAA上的羧基官能团络合盐溶液中的金属阳离子后,通过原位化学还原,将铁/镍、铁/钯双金属纳米颗粒直接固定在PAA/PVA纳米纤维中。SEM测试表明固定了铁/镍、铁/钯双金属纳米颗粒的复合纤维与PAA/PVA纳米纤维的形貌类似,纤维表面光滑,平均直径分别为248±44 nm(含核-壳结构Fe/Ni双金属纳米颗粒的纤维),245±48 nm(含Fe/Ni合金纳米颗粒的纤维)和303±52nm(含核-壳结构Fe/Pd双金属纳米颗粒的纤维),纤维毡仍保持良好的三维多孔结构。通过TEM观察含铁纳米纤维毡的截面发现,Fe/Ni和Fe/Pd双金属纳米颗粒均匀地分布在PAA/PVA纳米纤维的截面中,粒径主要集中在0.8～2.4 nm和2～4 nm范围内。验证发现含Fe/Ni合金双金属纳米颗粒的PAA/PVA复合纳米纤维毡5 min内脱色效率可达95.1%,对净化后的水体不会造成二次污染,并具有较高的可重复利用性；而含Fe/Pd双金属纳米颗粒的PAA/PVA复合纳米纤维毡脱除效率显著提高,重复利用率高,三次再生实验脱除率都可以达到90%以上,同样对净化后的水体不会造成二次污染。本文的研究为改善双金属纳米颗粒在常规制备和应用过程中易于团聚、容易产生二次污染提供了一条可行的途径,研制了一种新型的废水净化纳米材料。同时,提出了以静电纺纳米纤维为纳米反应器的观点,为利用静电纺丝法制备三维多孔杂化纳米材料提供了借鉴。