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染料吸附用CNT/PAN复合纳米纤维垫的制备及性能评估

2022-11-15   易丝帮

纳米纤维具有高孔隙率和大比表面积等独特优势。因此,它们是有效去除染色废水中染料的有前景的吸附材料。然而,调节吸附性能存在一定的挑战性。本研究将不同数量的碳纳米管(CNT)加入聚丙烯腈(PAN)聚合物中,以制备纳米纤维来应对上述挑战。使用PANnf、CNTs(3wt%)掺杂PAN纳米纤维(PAN3CNTnf)和CNTs(5wt%)掺杂PAN纳米纤维(PAN5CNTnf)去除不同浓度水溶液中的亚甲基蓝(MB)、孔雀石绿(MG)和甲基紫(MV)。该研究考察了pH值、温度、吸附材料和时间对吸附容量和吸附等温线的影响。染料Langmuir模型的最大吸附容量(qm)对于PANnf:MB为128.21mg/g,对于PANnf:MG为138.89,对于PANnf:MV为88.50,对于PAN3CNTnf:MB为172.41,对于PAN3CNTnf:MG为212.77,对于PAN3CNTnf:MV为175.44,对于PAN5CNTnf:MB为158.73,对于PAN5CNTnf:MG为188.68,对于PAN5CNTnf:MV为114.94。在不同温度下,使用吸附等温线对吸附吉布斯自由能、焓和熵进行了评估。负的ΔG值表明吸附是自发发生的。采用拟一级动力学(PFOK)和拟二级动力学(PSOK)模型来确定吸附动力学。结果表明,PSOK模型与实验数据吻合较好。实验结果表明,PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf纳米纤维是吸附MB、MG和MV的良好选择,这为制备染料吸附用多功能纳米纤维提供了启示。

 

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图1.染料(MG、MV和MB)吸附前后纳米纤维的照片。


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图2.吸附前后纳米纤维的SEM照片:PANnf(a),PAN3CNTnf(b),PAN5CNTnf(c),MB吸附后的PANnf(d),MB吸附后的PAN3CNTnf(e),MB吸附后的PAN5CNTnf(f),MG吸附后的PANnf(g),MG吸附后的PAN3CNTnf(h),MG吸附后的PAN5CNTnf(i),MV吸附后的PANnf(j),MV吸附后的PAN3CNTnf(k),MV吸附后的PAN5CNTnf(l)。


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图3.电纺纳米纤维PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的TEM图像。


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图4.PAN和CNT基PAN纳米纤维的FTIR光谱(a),PAN和CNT基PAN纳米纤维的XRD图谱(b)。


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图5.吸附剂用量对MB、MG和MV在PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)上吸附的影响,以及pH值对MB、MG和MV在PANnf(d)、PAN3CNTnf(e)和PAN5CNTnf(f)膜上吸附的影响。


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图6.PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的吸附等温线。


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图7.MB、MG和MV吸附在PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf膜上的Langmuir(a)、Freundlich(b)、Scatchard(c)、D-R(d)和Temkin(e)图。


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图8.PANnf、PAN3CNTnf和PAN5CNTnf膜的吸附动力学,以及相应的PFOK和PSOK图。


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图9.不同初始浓度下,接触时间对PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)吸附MB、MG和MV的影响。


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图10.PANnf(a)、PAN3CNTnf(b)和PAN5CNTnf(c)的lnKc与1/T之间的关系曲线。

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