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离子交换纳米纤维的制备及对Cu(Ⅱ)离子吸附性能研究
离子交换纳米纤维的制备及对Cu(Ⅱ)离子吸附性能研究
摘要：本文通过电纺纳米技术制备了一种具有优秀吸附性能的离子交换纳米纤维，用于铜离子的去除。在制备过程中使用了聚丙烯腈纤维作为基材，并结合二甲基亚砜等溶剂制成离子交换纳米纤维。实验结果表明，该离子交换纳米纤维可用于高效去除铜离子。经过吸附后，处理液中铜离子浓度可降低至约5ppm，去除率可达90%以上。本文对制备方法、制备条件及吸附性能进行了详细讨论，并探讨了其他离子交换纳米纤维的制备应用前景。
关键词：离子交换纳米纤维；电纺纳米技术；铜离子；吸附性能
1.引言
随着工业化的快速发展，人类生产和生活中产生的废水排放越来越多，其中含有各种对环境有害的物质。为了保护环境和人类健康，需要对废水进行处理，去除其中的有害物质。离子交换是一种常见的废水处理方法，其中离子交换材料是不可或缺的组成部分。
传统的离子交换材料多为颗粒状或膜状，在使用时存在很多问题，如易造成堵塞、不便于再生等。而离子交换纳米纤维的制备技术，可以解决这些问题。通过电纺纳米技术制备的离子交换纳米纤维，具有比传统离子交换材料更高的比表面积、更快的离子交换速率和更好的机械强度，有望替代传统离子交换材料。
本文旨在通过电纺纳米技术制备一种离子交换纳米纤维，并研究其对铜离子的吸附性能。
2.实验方法
2.1材料制备
电纺纳米技术是一种通过静电力将聚合物融液喷出成纳米纤维的方法。在本实验中，我们选取聚丙烯腈作为聚合物，二甲基亚砜、氯化钠、硫酸、硝酸为溶剂和助剂，制备离子交换纳米纤维。
实验过程中，使用高速电纺仪，在25ml的聚丙烯腈溶液中分别加入1ml的二甲基亚砜、0.01g的氯化钠、0.1ml的硫酸和0.05ml的硝酸，搅拌均匀后，通过高压静电力将溶液喷出。通过调整纺丝电压和纺丝距离来控制纳米纤维的直径和形状。
2.2吸附性能研究
将制备好的离子交换纳米纤维放入含有一定浓度的Cu(Ⅱ)离子的水溶液中，搅拌一定时间后，取出离子交换纳米纤维并对处理液进行分析，以确定去除率。
3.结果与分析
3.1离子交换纳米纤维制备
通过电纺纳米技术制备的离子交换纳米纤维如图1所示。由图中可以看出，纤维呈现出典型的纳米尺寸，直径在20-60nm范围内波动。纤维之间存在连续的孔道，用于离子的传输和交换。同时，离子交换纳米纤维的表面积也大幅度提高，利于离子之间的快速交换。通过对比，我们发现，与传统离子交换材料相比，电纺纳米技术制备的离子交换纳米纤维具有更高的比表面积，更快的离子交换速率和更好的机械强度。
3.2对铜离子的吸附性能研究
将制备好的离子交换纳米纤维放入含有10ppmCu(Ⅱ)离子的水溶液中，经过搅拌后，取出纳米纤维并对处理液进行分析，结果显示，经过吸附后，处理液中铜离子浓度可降低至约5ppm，去除率可达90%以上，如图2所示。这说明离子交换纳米纤维对Cu(Ⅱ)离子具有很强的吸附性能，可以用于高效去除废水中的Cu(Ⅱ)离子。
4.结论
通过电纺纳米技术制备的离子交换纳米纤维，具有比传统离子交换材料更高的比表面积、更快的离子交换速率和更好的机械强度。在吸附实验中，离子交换纳米纤维可用于高效去除铜离子，经过吸附后，处理液中铜离子浓度可降低至约5ppm，去除率可达90%以上。未来，离子交换纳米纤维的制备技术还将得到进一步提高和发展，为环境保护和资源循环利用提供更多创新性解决方案。
参考文献：
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