PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜的制备及其对Cr3+吸附的研究

张 静， 薛朝华， 侯文涛， 孙彤彤

(1.陕西科技大学 环境科学与工程学院， 陕西 西安 710021; 2.陕西科技大学 轻工科学与工程学院， 陕西 西安 710021)

PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜的制备及其对Cr3+吸附的研究

张 静1， 薛朝华2， 侯文涛1， 孙彤彤1

(1.陕西科技大学 环境科学与工程学院， 陕西 西安 710021; 2.陕西科技大学 轻工科学与工程学院， 陕西 西安 710021)

利用静电纺纳米纤维具有高比表面积以及蒙脱土的高效选择吸附性能，制备了聚丙烯腈(PAN)基蒙脱土(Na-MMT)复合纳米纤维(PAN/Na-MMT)，并将其应用在对废水中重金属Cr3+吸附.实验研究了PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜的最佳制备方法与工艺，并对PAN/Na-MMT复合纳米纤维的形貌结构进行了表征.实验研究了PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对废水中Cr3+的吸附性能，该吸附材料对废水中Cr3+表现出良好的吸附性能.当PAN/Na-MMT复合纳米纤维中Na-MMT添加量为5%时，吸附效果最好，吸附率可达89.7%，对Cr3+的吸附在2 h内能达到吸附平衡.研究表明，较高的pH 值和温度有利于复合纳米纤维膜对水体中三价铬离子的吸附.通过吸附等温线和吸附动力学研究，该吸附过程符合Langmuir吸附等温线，且PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对废水中Cr3+的吸附符合拟二级动力学方程.采用EDTA作为脱附剂，循环脱附5次后PAN/Na-MMT复合纳米纤维对Cr3+的吸附率仍可达80%.

静电纺纳米纤维； 蒙脱土； 聚丙烯腈； Cr3+； 吸附

Abstract:The Polyacrylonitrile/Na-montmorillonite (PAN/Na-MMT) composite nanofibers were prepared by electrospinning method for the high surface area of the electrospun nanofibers and selective adsorption properties of the montmorillonoid.The composite nanofibers were used in adsorption Cr3+in waste water.The best prepared process was researched in this paper.The morphology and structure of the nanofibers were studied by scanning electron microscopy (SEM),Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray diffraction (XRD).The adsorption performance of the composite nanofibers membrane was studied in this paper.The results of the adsorption experiments showed that the composite nanofibers membrane had good adsorption performance of Cr3+in waste water.When the dosage of Na-MMT was 5% in the composite membrane,the membrane had the best adsorption property.The adsorption equilibrium was reached in 2 hours.The high pH and temperature was helpful for the adsorption process of this membrane.Finally,the equilibrium isotherm data and the adsorption kinetics were researched in this paper.The adsorption process could be described using the pseudo-second-order model and isotherm data was fitted well to the langmuir isotherm model.Desorption results showed that the adsorption capacity of this composites membrane could remain up to 80% after 5 times usage.

Keywords:composite nanofibers; montmorillonite; polyacrylonitrile; Cr3+; adsorption

0 引言

随着工农业生产的迅速发展，废水的大量排放，水体环境受到严重污染.其中重金属污染物[1]作为第一类污染物，具有危害大，成分复杂，难以降解的特点，对人类健康和生态环境产生了极大危害.

含铬废水作为重金属废水的一种，具有污染范围广，易络合等特点[2].重金属铬在水中存在的主要形式有游离态的三价铬和六价铬或配合物[3].水体中的铬常以三价铬的形式吸附在固体颗粒物上而沉积于水底，六价铬则多溶解于水较为稳定，三价铬毒性较小，但其暴露在高温及酸性环境时，易转化为六价铬，六价铬的毒性大约为三价铬的100倍，具有明显的致癌致畸作用[4,5].我国制革、电镀等行业所排放的废水中通常均含有三价铬，环境标准规定地面水中总铬的最高容许浓度为1.5 mg/L[6]，因此如何降低水中的三价铬含量，对于环境保护、减少铬污染与铬回收利用具有重大意义.

近年来，用于污水处理的材料层出不穷，大体可分为传统材料和纳米材料两类.传统材料的比表面积小、吸附能力弱，限制了其在污水处理中的应用.而纳米材料中的静电纺丝纳米纤维由于具有比表面积大、孔隙率高、制备装置简单、成本低廉、纤维种类繁多、工艺可控等优点，因此在污水处理方面具有很好的应用前景[7].

Bolua Sun等[8]以PAN静电纺纳米纤维为基础，通过胺化反应引入氨基，结合水热反应法在纤维表面生长勃姆石晶体，制备了多级结构的有机无机复合纳米纤维.制备好的纤维对Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)三种重金属具有良好的吸附作用，吸附速度快，一个小时内可达到平衡.

粘土材料具有与环境相容性好，比表面积大，孔隙率高，极性强等优点，因此可以吸附重金属污染物，同时特殊的层间域结构也为活性物质提供了负载空间[9].其中，蒙脱土(MMT)的离子交换性和选择吸附性尤其受到关注[10,11].

Chen J等[12]采用原位化学氧化聚合法成功制备了剥离型纳米聚苯胺/蒙脱土粘土聚合物吸附材料.采用三甲基氯化铵和甲基丙烯酸两性共聚物对蒙脱土进行修饰，MMT片层布满大量的羧酸.在25 ℃下，PANI/MMT对Cr(Ⅵ)的饱和吸附率为308.6 mg/g，说明经过聚合物修饰改性后的粘土吸附重金属更高效.

聚合物/层状硅酸盐(polymer layered silicate,PLS)纳米复合材料结合了无机硅酸盐的热稳定性、尺寸稳定性以及聚合物的加工性、柔韧性，同时PLS作为纳米复合材料具备了纳米材料的表面效应、量子尺寸效应等性质,因而具有广泛的应用前景，特别在对各种重金属阳离子的去除方面具有较好的应用前景[13].

溶液插层法是制备PLS复合纳米材料的一种常用方法，是指将蒙脱土和聚合物在适当的溶剂中充分分散，通过超声或搅拌等手段促使聚合物分子链或聚合物的预聚体扩散进入蒙脱土层间，经沉淀以及溶剂蒸发之后得到聚合物/蒙脱土纳米复合材料[14].这种方法简单实用，李琪[15]便是利用这种方法，制备了PA6/O-MMT复合纳米纤维,并在此基础上充分研究了O-MMT的加入对复合纳米纤维的物理机械性能的影响.

本论文采用静电纺丝法结合溶液插层法制备了一种PAN基蒙脱土复合纳米纤维膜，并将其应用在废水中三价铬的吸附，研究复合纳米纤维膜的结构与吸附性能.

1 实验部分

1.1 实验材料

聚丙烯腈(PAN，Mw=150 000)，浙江上虞吴越经贸有限公司;钠基蒙脱土(Na-MMT)，浙江上虞吴越经贸有限公司，阳离子交换量为每100 g含90～120 mol;N-N二甲基甲酰胺DMF，天津市嘉宇精细化工有限公司;过硫酸铵,天津市嘉宇精细化工有限公司;二苯碳酰二肼,天津市科密欧化学试剂有限公司;无水乙醇,天津市嘉宇精细化工有限公司;以上所用化学品均为分析纯试剂.

1.2 实验仪器

静电纺丝装置,实验室自制;旋转式粘度计,上海昌吉地质仪器有限公司NDJ-8S;紫外可见分光光度计,北京瑞利分析仪器公司UV-2600AH;傅立叶变换红外光谱,美国布鲁克公司Verte 70;扫描电子显微镜,日本日立公司SU1510;XRD,日本理学D/max-2200PC型.

1.3 实验方法

PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜的制备装置原理图如图1所示.

图1 静电纺丝装置原理图

1.3.1 PAN/Na-MMT复合纳米纤维的制备

(1)静电纺丝液的配制

按比例准确称取一定质量的蒙脱土，在20 mL的DMF中超声分散3 h，然后按照不同比例加入聚丙烯腈粉末，室温下磁力搅拌4 h后，静置除泡，备用.

(2)静电纺丝工艺

将已配置好的纺丝液装入标准容量为5 mL注射器，在针头加上正电势，用被铝箔覆盖的升降台作为接收装置，具体纺丝工艺为：纺丝电压18 kV，推进速度0.8 mL/h，收集距离20 cm.纺丝结束后，收集铝箔上的纳米纤维，真空干燥24 h备用.

1.3.2 PAN/Na-MMT复合纳米纤维的表征

(1)扫描电子显微镜分析

用扫描电子显微镜(SEM,SU1510，日本日立公司)对静电纺纳米纤维的表面形貌及纤维结构进行表征.样品在进行扫描电镜观察之前先在表面镀一层较薄的金纳米颗粒以降低样品表面放电效应.利用AdobeAcrobat 7.0 Professional 软件对 SEM 图片进行直径分析.每个样品量取100个数据来估算样品的平均直径及标准差.

(2)X射线衍射

通过XRD研究Na-MMT、PAN及PAN/Na-MMT三种不同材料的晶体结构.将制备的样品置于真空干燥箱中于50 ℃烘干，研磨成粉末状，采用日本理学D/max-2200PC型X-射线衍射仪进行物相分析，设置衍射波长为0.154 18 nm，扫描速率为2 °/min.XRD测试用的固体粉末是通过真空抽滤、反复冲洗，然后在65 ℃下真空干燥2 h，取出后适当研磨得到.

(3)FT-IR

利用傅立叶变换红外光谱仪对所测试纳米纤维膜样品进行红外光谱分析.将样品和KBr均干燥处理，取1～2 mg样品与200 mg纯KBr在玛瑙研钵中充分、均匀研磨至粉末粒度小于2μm，将混合粉末用107 Pa压力在油压机上压成透明薄片，进行半定量测定.设置红外光谱仪波长扫描范围为4 000～500 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描32次，分辨率为0.019 cm-1.

1.3.3 PAN/Na-MMT复合纳米纤维对废水中Cr3+的吸附性能

(1)标准曲线绘制

取1 000 mg/L的Cr3+模拟水溶液1 mL，稀释定容至100 mL，即得浓度为10 mg/L的Cr3+溶液，完全氧化后，分别吸取上述10 mg/L溶液2.0、4.0、6.0、8.0、10.0、12.0 mL加入100 mL容量瓶，用蒸馏水定容至刻度，移至50 mL比色管中，加入显色剂二苯碳酰二肼溶液2 mL，摇均匀，静置10 min，在波长540 nm下，用光程10 mm的比色皿，以蒸馏水做参比，测定吸光度.绘制Cr3+浓度与吸光度的标准曲线，得到标准曲线方程.

(2)吸附量计算

吸附量是指单位质量的吸附剂所吸附的吸附质的重量，吸附量q可用公式(1)计算.

(1)

式(1)中：q-吸附量，mg/g；C0-溶液中Cr3+离子的初始浓度，mg/L；C-吸附反应后溶液中的剩余Cr3+离子浓度，mg/L；V-Cr3+离子溶液的体积，L；M-投加吸附剂的质量，g.

(3)吸附率计算

吸附率表示在吸附溶液中被吸附剂吸附的吸附质占总的吸附质的百分比.吸附率Q可用公式(2)计算.

(2)

式(2)中：Q-吸附剂对Cr3+溶液的吸附率，%；C0-溶液中Cr3+的初始浓度，mg/L；C-吸附反应后溶液中的剩余Cr3+浓度，mg/L.

(4)PAN/Na-MMT复合纳米纤维再生性能

吸附实验后，取吸附饱和的PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜，分别与20 mL的0.01 mol/L EDTA和0.01 mol/L的硝酸溶液混合，振荡4 h后，在离心机上离心分离20 min，取上清液釆用分光光度法测其吸光度，从而计算脱附率，研究其再生性能.

(3)

1.3.4 PAN/Na-MMT复合纳米纤维对废水中Cr3+的吸附机理

(1)等温吸附曲线

实验中称取100 mg的PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜，分别加入到100 mL，Cr3+初始浓度为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L 、40 mg/L、50 mg/L的水溶液中，调节溶液的pH为6.0 左右，在 25 ℃的条件下进行震荡吸附，定时取样并过滤测其吸光度，计算对应时刻的PAN/Na-MMT复合纳米纤维对Cr3+的吸附量、吸附率.

蓝天碧野，我的视线里有一团白云在飘。渐渐远去的白云，忽然间模糊了我的眼睛。我仿佛回到了那个遥远的夏夜，就见一轮弯月落在河里，河面上浮现了一层朦胧的亮色。

(2)吸附动力学

吸附动力学主要是研究对PAN/Na-MMT复合纳米纤维对Cr3+的吸附量随着时间的变化趋势.

实验中称取100 mg的PAN/Na-MMT复合纳米纤维，分别加入到100 mL，Cr3+初始浓度为20 mg/L、30 mg/L的水溶液中，溶液的pH为6.0左右，在25 ℃的条件下进行震荡吸附，定时取样并过滤测其吸光度，计算对应时刻的PAN/Na-MMT复合纳米纤维对Cr3+的吸附量.

2 结果与讨论

2.1 SEM表征

图2(a)、(b)分别为纯PAN纳米纤维膜与Na-MMT质量分数为5%的PAN/Na-MMT复合纳米纤维的SEM图.经分析可知，复合纳米纤维形成不同取向的纳米纤维膜，孔隙分布均匀，PAN纳米纤维的平均直径在250 nm左右，纤维粗细均匀,表面有一定的沟槽结构，加入Na-MMT后复合纳米纤维表面较单纯PAN纳米纤维膜表面更加粗糙且表面具有凸起的微纳多级结构，增加了纳米纤维的比表面积.

(a)PAN (b)PAN/Na-MMT图2 PAN纳米纤维和PAN/Na-MMT复合 纳米纤维的扫描电镜图(×20 000)

2.2 XRD测试

利用X 射线衍射图谱分析PAN以及PAN/Na-MMT复合纳米纤维的晶型，结果如图3 所示.从图3可以发现，Na-MMT的主要特征峰在2θ=7.02 °处，根据布拉格方程nλ=2dsinθ可以算出蒙脱土的层间距为1.52 nm左右，而PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜中没有明显的蒙脱土面的衍射峰，这说明蒙脱土片层被剥离，聚丙烯腈成功插层在蒙脱土片层中，复合纳米纤维中Na-MMT与PAN实现了复合.

图3 PAN、Na-MMT、PAN/Na-MMT 的XRD图

PAN、Na-MMT、PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜以及Na-MMT 粉末的红外光谱图如图4所示.从 PAN 红外光谱图中可以看出，在2 247 cm-1处可以看到氰基基团的峰，而在2 940及1 452 cm-1处的吸收峰分别源于C-H伸缩振动及弯曲振动.图中PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对应吸收峰中出现了Na-MMT的特征峰以1 000 cm-1附近为Si-O-Si骨架振动峰，792 cm-1为硅氧四面体和铝氧八面体的内部振动.与PAN纳米纤维的光谱相比，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜的吸收峰在3 618 cm-1，1 037 cm-1，838 cm-1，518 cm-1以及464 cm-1处分别对应于Na-MMT的 Al-O伸缩振动，Si-O伸缩振动，Si-O-H 伸缩振动，Si-O-Al伸缩振动以及Si-O-Si 弯曲振动.说明PAN与Na-MMT在PAN/Na-MMT复合纳米纤维中实现了复合.

图4 PAN/Na-MMT、PAN以及Na-MMT 的红外光谱图

2.4 PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水中Cr3+的吸附性能

分别用蒙脱土质量分数不同的复合材料处理Cr3+水溶液，研究吸附温度、pH值、吸附时间、Cr3+初始浓度等因素与Cr3+吸附率之间的关系，分析讨论以上因素对Cr3+废水处理效果的影响，探索PAN/Na-MMT吸附Cr3+的最优条件.

2.4.1 Na-MMT用量对吸附性能的影响

配制100 mL浓度为20 mg/L的Cr3+溶液，调节Cr3+溶液的pH为5，分别加入1 wt%，3 wt%和5 wt%的Na-MMT制备得到复合纳米纤维膜.将具塞三角瓶放置于恒温振荡器中，40 ℃恒温振荡200 min，每隔20 min取样测定.稀释滤液测定吸光度，计算Cr3+吸附率.

PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对Cr3+溶液显示出不同的吸附率.由图5所示，随着Na-MMT添加量的增高，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对Cr3+的吸附率呈升高趋势.从图5可以看到,当Na-MMT添加量5%时，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜(PAN/Na-MMT5)对Cr3+吸附率最高.这主要是因为Na-MMT对Cr3+具有较高的吸附效率，随着Na-MMT含量的增加，复合纳米纤维膜对Cr3+的吸附率增加.

图5 不同Na-MMT质量分数对吸附率的影响

2.4.2 吸附pH对吸附性能的影响

用0.1 mol/L的HCl调节Cr3+溶液的pH分别为2、3、4、5、6，分别加入0.1 g PAN/Na-MMT(Na-MMT含量为5 wt%)复合纳米纤维膜.置于恒温振荡器中，40 ℃恒温振荡200 min，每隔20 min取样测定.稀释滤液测定吸光度，计算 Cr3+吸附率，其结果如图6所示.

图6 不同吸附pH对吸附率的影响

由图6可知，在pH值小于5的范围内，PAN/Na-MMT对Cr3+的去除率，随pH值增大而上升，这是因为当溶液呈强酸性时，大量氢离子和金属离子形成竞争吸附，氢离子占据了吸附剂的吸附位，导致金属离子吸附率较低.而当pH值大于6后，Cr3+有水解效果，且在碱性条件下产生氢氧化物沉淀.因此实验选择吸附pH值为5.

2.4.3 Cr3+初始浓度对吸附性能的影响

配制浓度为10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L的Cr3+溶液，调节Cr3+溶液的pH=5，分别加入0.1 g PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜.置于恒温振荡器中， 40 ℃恒温振荡200 min，每隔20 min取样测定.稀释滤液测定吸光度，计算Cr3+吸附率，其结果如图7所示.

由图7中可以看出，随着Cr3+初始浓度的增加，单位质量的复合纳米纤维膜的吸附量明显增加，当Cr3+初始浓度20 mg/L时，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对Cr3+吸附率为最大值，此后随着Cr3+初始浓度上升，Cr3+吸附率反而下降；PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜在Cr3+初始浓度为50 mg/L去除率急速下降，说明此吸附已经达到饱和.经分析，当Cr3+浓度较低时，吸附剂有较多的活性位点可与Cr3+相结合，但随着Cr3+浓度的增加，可供其吸附的活性位点越来越少，致使在高浓度的Cr3+溶液中有较多的Cr3+离子不能被吸附，综上，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜可用于处理低浓度含Cr3+废水.

图7 不同Cr3+初始浓度对 吸附率的影响

2.4.4 不同吸附时间对吸附性能的影响

配制100 mL浓度为20 mg/L的Cr3+溶液，调节pH为5，加入0.1 g PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜.置于恒温振荡器中， 40 ℃恒温振荡200 min，每隔20 min取样测定.稀释滤液测定吸光度，计算 Cr3+吸附率，其结果如图8所示.

图8 不同吸附时间对吸附率的影响

由图8可知，在反应初期，吸附速率较快，随着吸附时间的增长，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水溶液中Cr3+的吸附量逐渐增大，当t>120 min时，吸附基本达平衡，吸附量的增长并不明显，吸附速率逐渐变缓，单位吸附量趋于饱和.说明吸附过程能够快速达到平衡.这主要是因为在开始阶段吸附材料中有大量的吸附位点，是快速吸附过程，但随着反应的进行，活性位点逐渐被占据，直至达到饱和状态，此时吸附基本达到平衡，吸附量几乎不再变化.

2.4.5 吸附温度对吸附性能的影响

调节Cr3+溶液的pH为5，加入0.1 g PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜.置于恒温振荡器中，调节吸附温度分别为25 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃，恒温振荡200 min，每隔20 min取样测定.稀释滤液测定吸光度，计算 Cr3+去除率，研究吸附温度对 Cr3+吸附率的影响，其结果如图9所示.

图9 不同吸附温度对吸附率的影响

由图9可知，在温度低于40 ℃时，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水溶液中Cr3+的吸附率随着温度的升高而快速增加，当温度为40 ℃，吸附时间为120 min时吸附率可以达到81.5%；当温度超过40 ℃，吸附120 min时吸附率无明显增加，故选择吸附温度为40 ℃.

2.5 吸附机理研究

2.5.1 等温吸附曲线

本实验分别采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜吸附过程进行拟合分析，两种吸附模型的线性表达方程为：

Langmuir等温吸附模型方程(单层吸附)

(4)

Freundlich等温吸附模型方程(多层吸附)

(5)

式(4)～(5)中，Qe-平衡吸附量，mg/g；Ce-溶液的平衡浓度，mg/L；k-Freundich常量，是吸附容量的一个指标，mg/g；1/n-吸附强度相关的一个经验参数.

采用上述方程进行拟合，拟合结果如表1所示.结果表明，PAN/Na-MMT对水中Cr3+的吸附与Langmuir模型拟合程度相关度比较高，R2超过0.99，吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，说明该吸附过程为单层吸附，吸附位点分布均匀.Langmuir等温吸附模型拟合结果表明PAN/Na-MMT纳米纤维膜对水中Cr3+最大吸附容量可达69.23 mg/g，这一结果与实验数据吻合，说明PAN/Na-MMT对水中Cr3+具有优异的吸附性能.

表1 PAN/Na-MMT对水中Cr3+等

2.5.2 吸附动力学研究

为了研究PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水中Cr3+吸附动力学过程，分别用准一级速率方程和准二级速率方程进行拟合，其线性表达方程为：

(6)

(7)

式(6)、(7)中：qt，qe分别为t时刻和平衡的吸附容量(mg/g),k1为一级吸附速率方程的吸附速常数(g·mg-1min-1)，k2为准二级吸附速率方程的吸附速率常数(g·mg-1min-1)，分别用两式对吸附数据进行拟合，其结果见表2、表3所示.

表2 PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水中Cr3+

表3 PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水中Cr3+

由表2和表3拟合的结果可以看出，拟一级动力学方程和拟二级动力学相比，其相关性系数R2远小于拟二级动力学方程的相关性系数，因此吸附剂PAN基蒙脱土复合材料对三价铬的吸附动力学符合拟二级动力学方程.

由表2和表3还可以看到，随着三价铬初始浓度的增大，拟二级动力学常数明显减小，即吸附速率逐渐降低.可能原因是在实验条件下，吸附剂本身带有负电荷，吸附剂除了以静电引力吸附三价铬以外，还有以离子交换作用去除三价铬.三价铬的初始浓度低时，有更多的活性位点与三价铬发生作用，当浓度升高时，与三价铬发生络合作用的交换位点减少，因此吸附速率降低.

2.6 PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜再生性能测试

取吸附饱和的PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜，分别与20 mL的0.01 mol/L的EDTA和0.01 mol/L硝酸溶液混合，振荡4 h后，在离心机上离心分离20 min，取上清液釆用分光光度法测吸光度，并计算Cr3+脱附率，其实验结果见表4所示.

表4 不同脱附剂对Cr3+脱附情况

注：表中PAN/Na-MMT1、PAN/Na-MMT3、PAN/Na-MMT5分别为Na-MMT为1，3，5wt%的PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜.

由表4可知，0.01 mol/L的EDTA对PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜具有较好的脱附效果，且可重复脱附5次，对废水中Cr3+吸附率还可达到80%，具有较好的再生性能.

3 结论

(1)本论文采用溶液插层法和静电纺丝法制备了PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜，分别利用FT-IR、SEM、XRD对该复合纳米纤维膜进行结构形貌表征，结果表明复合纳米纤维中Na-MMT与PAN成功实现了复合.

(2)实验探究了PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对水中Cr3+的吸附，研究不同吸附条件包括Cr3+初始浓度、吸附温度、吸附pH值、吸附时间等因素对吸附率的影响，实验表明PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜吸附Cr3+的最优吸附条件为：Cr3+初始浓度为20 mg/L，吸附温度40℃，吸附pH为5，吸附时间120 min，此时Cr3+吸附率可达 89.7%.

(3)通过吸附等温线和吸附动力学研究表明，PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜对Cr3+的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型，吸附动力学符合准二级动力学型.

(4)PAN/Na-MMT复合纳米纤维膜具有良好的再生性能，脱附5次后吸附率达80%.

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【责任编辑：蒋亚儒】

StudyonthepreparationofPAN/Na-MMTcompositenanofibersmembraneandtheadsorptioncharacteristicsofCr3+inthewastewater

ZHANG Jing1， XUE Chao-hua2， HOU Wen-tao1, SUN Tong-tong1

(1.School of Environmental Science and Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.College of Bioresources Chemical and Materials Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

2017-07-15

国家自然科学基金项目(51372146, 51572161)

张 静(1980-)，女，陕西榆林人，讲师，在读博士研究生，研究方向：环境功能纳米材料的制备与应用

2096-398X(2017)05-0039-08

X703; TQ340.64

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