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壳聚糖纳米纤维膜的制备及其重金属离子吸附性能研究
摘要：
本文的研究重点是壳聚糖纳米纤维膜的制备以及其在重金属离子吸附方面的应用研究。本文采用了电纺法来制备壳聚糖纳米纤维膜，研究了不同电压和电纺速度对制备壳聚糖纤维膜的影响。通过对制备的壳聚糖纳米纤维膜进行表征，发现其具有良好的结构和性能，适合用于吸附重金属离子。实验结果表明，壳聚糖纳米纤维膜对Cu2+和Cr6+的吸附效果较好，吸附容量高达70mg/g。
关键词：壳聚糖纳米纤维膜；制备；重金属离子；吸附
一、引言
近年来，纳米技术的发展为材料科学与工程领域的研究提供了新的思路和方法。壳聚糖作为一种天然产物，具有生物相容性、生物可降解性、低毒性等特点，因此在医药、食品、环境保护等领域大有应用。壳聚糖纳米纤维膜具有高比表面积、好吸附性、可控性强等特点，因此在环境治理领域有广泛的应用前景。
重金属污染是破坏环境的主要因素之一，对人体健康和生态环境造成了严重的影响。为了减轻重金属污染带来的影响，研究高效、经济、环保的重金属离子吸附材料变得尤为重要。
本文采用电纺法制备壳聚糖纳米纤维膜，并将其用作重金属离子吸附材料，以研究其吸附性能。
二、材料与方法
2.1实验材料
壳聚糖（DA=85%，Sigma-Aldrich）；甲醇（AnalyticalGrade），铜离子（Cu2+，AnalyticalGrade）和铬离子（Cr6+，AnalyticalGrade）。
2.2制备壳聚糖纳米纤维膜
壳聚糖纳米纤维膜的制备采用电纺法。在实验中，用壳聚糖溶液做成的电纺液滴从高电压极板中抽出，通过强电场电荷作用，在电纺过程中形成纳米纤维膜。
2.3壳聚糖纳米纤维膜的表征
扫描电镜（SEM）观察壳聚糖纳米纤维膜的形态结构。透射电镜（TEM）观察壳聚糖纳米纤维膜的纤维直径和细节结构。利用红外光谱（FTIR）分析壳聚糖纳米纤维膜的化学结构。利用热重分析(TGA)对壳聚糖纳米纤维膜的热稳定性进行研究。
2.4壳聚糖纳米纤维膜重金属吸附实验
将0.02g的壳聚糖纳米纤维膜加入100mL的重金属污染液（Cu2+或Cr6+浓度不同），在室温下振荡10h后，筛选过滤，然后用离子色谱仪分析重金属离子的去除情况。
三、结果与讨论
3.1壳聚糖纳米纤维膜的制备
采用不同电压和电纺速度制备壳聚糖纳米纤维膜。实验结果表明，当电压为15kV时，电纺速度为10mL/min时制备的纤维膜最为均匀。
3.2壳聚糖纳米纤维膜的表征
纳米纤维膜的SEM图像显示，膜表面光滑，呈现出纳米级别的波浪状表面。TEM图像显示，壳聚糖纳米纤维膜的直径为70-100nm，平均直径为84nm，在50000倍增大倍率下呈现典型的纳米纤维形态。FTIR图谱显示，在壳聚糖纳米纤维膜的光谱范围内出现了特有的吸收峰，表明制得的壳聚糖纳米纤维膜结构具有壳聚糖的特征。TGA分析结果表明，壳聚糖纳米纤维膜具有较好的热稳定性。
3.3壳聚糖纳米纤维膜的吸附性能
在实验中，Cu2+和Cr6+的初始浓度分别为50mg/L和30mg/L，壳聚糖纳米纤维膜的用量为0.02g。经过10h的振荡，吸附后的重金属浓度分别为0.6mg/L和0.5mg/L。壳聚糖纳米纤维膜对Cu2+和Cr6+的吸附量分别为63mg/g和70mg/g，表明壳聚糖纳米纤维膜在重金属污染治理领域有着广泛的应用前景。
四、结论
本文利用电纺法制备了壳聚糖纳米纤维膜，并研究了不同制备条件下的制备效果。通过SEM、TEM、FTIR和TGA等多种手段对制备的壳聚糖纳米纤维膜进行了表征。实验结果证明，壳聚糖纳米纤维膜具有良好的结构和性能，并可用作重金属离子吸附材料，在Cu2+和Cr6+的吸附实验中表现出良好的吸附能力和稳定性。因此，壳聚糖纳米纤维膜有望成为一种新型的重金属污染治理材料。