原位聚合包覆SiO2纳米纤维棉的制备及重金属吸附性能

郭 勤,张凯钧,陈自娇,苗瑾超,李雪梅,马 信,肖宇航

(1.新疆理工学院能源化工工程学院,阿克苏 843000;2.湖南现代环境科技股份有限公司,长沙 410114)

0 引 言

近年来,水体中重金属污染日益严峻,其高毒性和生物富集效应对人类的健康造成巨大威胁[1]。重金属污染导致水处理更加复杂,水体中pH值多呈非中性,且存在有机物、各类小分子化学物质,成分较为复杂[2],此外部分水体还可能处于高温环境。在复杂环境下,若要实现水中重金属离子高效吸附,需对材料的耐高温、抗酸碱性能提出更高的要求,且材料还需具备较强的抗干扰性能以克服其他物质干扰,实现重金属的高效吸附。离子交换树脂是目前广泛应用于吸附水中重金属离子的一类材料[3],其中的聚乙烯苯磺酸离子交换树脂因其骨架上连接了强酸性的磺酸基团,解离能力强,能在不同pH值环境下与重金属离子发生交换反应[4]。目前大部分离子交换树脂的使用温度需60 ℃以下,商用的强酸性阳离子交换树脂普遍存在热稳定性能较低的情况。

SiO2纳米纤维具备比表面积大、耐高温、耐酸碱好、表面易改性的优点,在吸附分离、催化剂载体、医药缓释等领域得到了广泛的应用[5]。本课题组在前期的研究中,采用无模板法静电纺丝技术制备了SiO2纳米纤维,且当正硅酸四乙酯(Teos)、乙醇(Etoh)、盐酸(HCl)、水(H2O)的摩尔比为1∶2∶0.005∶2.8时可制备出可纺性能优异、纤维较好、蓬松的柔性三维SiO2纳米纤维[6],该纤维在400 ℃的条件下具备良好的空气过滤性能,但其吸附水中的重金属离子能力较低,且可再生循环次数不够。

以柔性三维SiO2纳米纤维为基底,在其表面包覆一层均匀的聚乙烯苯磺酸树脂层,有望实现较好的重金属离子吸附性能和循环性能,且有望在强酸性、高温等复杂环境下实现较高的重金属离子吸附能力。目前的包覆技术主要有气相沉积[7],液相溶胶-凝胶、沉淀、非均相凝聚,以及化学镀等方法[8],但气相沉积法不适合有机材料的包覆,液相法无法实现包覆层的均匀可控。本文以前期制备的SiO2纳米纤维棉为基底,通过原位引发聚合的方式在其表面包覆聚乙烯苯磺酸,得到磺酸功能化的聚苯乙烯@SiO2复合纳米纤维膜,并探究该复合纳米纤维膜在低pH值和高温环境下重金属离子的去除能力。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

试验所用原料:Teos (纯度≥99.5%),购自张家港新亚化工有限公司;偶氮二异丁腈、乙醇、HCl、NaOH、CuSO4·5H2O、CdCl2·0.5H2O、Pb(NO3)2、H2SO4均为分析纯,购自国药集团化学试剂有限公司;苯乙烯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮K30为化学纯,购自国药集团化学试剂有限公司;超纯水,实验室自制。

试验所用原仪器:集热式恒温磁力搅拌器(上海凌科实业发展有限公司,DF-101Z型),数字式黏度计(上海尼润智能科技有限公司,DV-79型),pH酸度计(雷磁上海仪电科学仪器股份有限公司,PHSJ-3F型),智能数显电热套(上海凌科实业发展有限公司,ZNHW型),制冷加热恒温循环水浴锅(深圳勒普拓仪器技术有限公司,HRB250),场发射扫描电子显微镜(德国卡尔蔡司公司,Sigma 300),傅里叶变换红外光谱仪(美国Thermo Scientific,Nicolet iS20),热重分析仪(美国TA,TGA 550),原子吸收光谱仪(美国安捷伦,agilent55B),圆底烧瓶等玻璃仪器购自崇州蜀玻科学仪器有限公司。

1.2 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的制备及表征

1.2.1 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的制备

调节n(Teos)∶n(Etoh)∶n(HCl)∶n(H2O)摩尔比为1∶2∶0.005∶2.8,当反应温度为80 ℃时,通过对Teos可控水解制得SiO2静电纺丝液,静电纺丝电压为20 kV,接收距离为20 cm,电纺制得SiO2纳米纤维棉。取0.5 g SiO2纳米纤维棉放入50 ml 浓度为5 g/L的聚乙烯吡咯烷酮溶液中,浸泡15 min使其柔顺。随后将柔顺后的SiO2纳米纤维棉放入50 ml浓度为5 g/L苯乙烯磺酸钠的乙醇溶液中,调节温度为50 ℃,加入0.5 g/L偶氮二异丁腈的乙醇溶液引发苯乙烯磺酸钠聚合,使其在SiO2纳米纤维的表面发生原位聚合,调节终止反应的时间为10 min(包覆样品1)、20 min(包覆样品2)、30 min(包覆样品3)、40 min(包覆样品4)。将终止反应后得到的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉在25 ℃下挥发溶剂,之后在60 ℃风干,制备流程如图1所示[5,9-10]。

图1 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的制备流程图[5,9-10]Fig.1 Flow chart for the preparation of SiO2@PEBS nanofiber cotton[5,9-10]

1.2.2 表征和测试

采用热重分析仪(TGA)在空气气氛下分析有机物,采用扫描电子显微镜(SEM)分析SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉形貌,采用红外光谱仪(FT-IR)分析包覆纳米纤维棉中官能团,用比表面与孔隙度分析仪(BET)测试其比表面积和孔隙范围。

1.3 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的重金属吸附性能

1.3.1 不同温度下的吸附性能

在较高温度下,为了分析SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对重金属的吸附性能[11-12],选取Cu2+、Cd2+和Pb2+作为吸附性能的研究对象。首先将去离子水的pH值调至5.0左右,然后将CuSO4·5H2O、CdCl2·0.5H2O、Pb(NO3)2分别加入去离子水体中,配制初始浓度为100 mg/L的溶液。再分别取30 mL上述溶液置于5个加瓶塞的100 mL锥形瓶中,将锥形瓶放入温度预热至20、40、60、80和100 ℃循环水浴中,最后剪取并称量5份制好的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉0.005 g,放入上述预热好的溶液中,加塞,40 r/min振荡吸附24 h。吸附结束后静置4 h冷却,采用移液管吸取10 ～15 mL清液进行原子吸收光谱仪分析,吸附容量采用式(1)进行计算。

(1)

式中:Q为单位吸附容量,mg/g;C0为吸附前溶液中重金属(Cu2+、Cd2+和Pb2+)离子的初始浓度,mg/L;C为吸附后溶液中重金属离子的浓度,mg/L;V为溶液体积,L;W为SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的用量,g。

1.3.2 吸附时间的影响及SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附动力学研究

在3组(每组12个)250 mL锥形瓶中分别加入配制好的100 mg/L的Cu2+、Cd2+和Pb2+溶液和0.005 g的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉,调节溶液pH值为5,设置转数为40 r/min,60 ℃条件下恒温振荡吸附,锥形瓶加塞子避免水分蒸发。在预定时间点(0.5、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12 h)提取样品,用移液管吸取水样,用原子吸收光谱仪测量并计算SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量,得到吸附容量q随时间t的变化曲线,分别用式(2)、(3)的准一级动力学模型和准二级动力学模型对上述吸附结果进行线性拟合。

ln(q1e-qt)=lnq1e-k1t

(2)

(3)

式中:q1e、q2e为吸附平衡时吸附容量,mg/g;qt为t时刻吸附容量,mg/g;t为吸附反应时间,h;k1、k2分别为准一级动力学模型和准二级动力学模型常数;q1e、q2e、k可由截距和直线斜率求得。

1.3.3 重金属离子初始浓度的影响及吸附等温模型研究

首先,分别在pH值为5和12时,配制Cu2+、Cd2+和Pb2+的不同浓度(10、20、40、60、80、100、120、160、200、250、300、400 mg/L)溶液;然后分别分三组,取12个100 mL锥形瓶,加入30 mL上述溶液,称取0.005 g SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉,置于60 ℃恒温水浴振荡器中以40 r/min速度震荡12 h,测定纳米纤维棉吸附量随初始重金属离子浓度的变化。收集的数据采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型进行拟合,分析SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附机理、吸附容量。

1)Langmuir吸附模型

Langmuir吸附等温线模型又称单层吸附模型,其线性表达式如式(4)所示。

(4)

式中:ce为吸附质在溶液中平衡浓度,mg/L;qe为吸附质吸附容量,mg/L;KL为Langmuir吸附平衡常数,L/mg;qm为吸附剂上单层形成的最大吸附能力,mg/g。

Langmuir吸附等温线模型中平衡常数RL可以判断 Langmuir 模型所描述的吸附反应过程是否容易进行,RL的计算公式如式(5)所示。

(5)

2)Freundlich吸附模型

Freundlich模型主要描述的非均相表面的经验方程,其线性方程式如式(6)所示。

(6)

式中:KF为最大吸附容量相关的Freundlich常数,在一定范围内,KF值越大表示纳米纤维棉的吸附容量越大;1/n是吸附指数,n>1时有利于吸附,n<1时吸附难以继续。

1.4 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的脱附再生性能

用50 g/L的硫酸溶液对SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉进行10次吸附-脱附循环,评估纤维棉的可重复使用性能。分别取30 mL的1.3.1节中配制的pH值为5的100 mg/L Cu2+、Cd2+和Pb2+溶液,置于3个100 mL锥形瓶中,每个锥形瓶中称取0.005 g纤维棉,在60 ℃吸附12 h,吸附后取清液进行原子吸收光谱分析。将吸附饱和的纤维棉置于60 ℃预热好的50 g/L硫酸溶液中脱附4 h,随后用超纯水清洗至硫酸溶液处理过的纤维棉,直至pH值上升到5左右。随后将脱附好的纤维棉再次吸附,吸附-脱附循环过程重复10次,再生循环性能采用式(7)计算。

(7)

式中:qn(qn-1)为SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉第n(n-1)次吸附达到吸附平衡时吸附容量,mg/g;η为再生率,值越大表示再生循环吸附性能越强。

2 结果与讨论

2.1 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的物理表征

2.1.1 微观形貌

SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉和原始纤维棉的SEM照片如图2所示。由图2可知,未包覆的原始纤维棉具有三维立体的交织卷曲纳米纤维结构 (见图1(a)、(b))。原位聚合包覆反应10 min的“包覆样品1”纤维表面包覆不完全,如在箭头c1处可看到少量褶皱区,箭头c2处有“剥落区”(见图1 (c))。包覆反应20 min的“包覆样品2”包覆完全,如箭头d1处的纤维具备较复杂的扭转弯曲结构均实现了较好的包覆(见图1(d))。包覆反应30和40 min的“包覆样品3”和“包覆样品4”存在反应过度的现象(见图1(e)、(f)),如箭头e1处纤维已出现一定程度的粘连,而箭头f1处的纤维粘连现象更为严重。

2.1.2 热稳定性

在空气气氛下对包覆反应10、20、30、40 min的“包覆样品1、2、3、4”进行热稳定性测试,升温速率为10 ℃/min,升温区间为30～1 000 ℃,结果如图3所示。由图3可知,四个包覆样品均在60～100 ℃和300～500 ℃有较高的失重速率,在250 ℃以下能够保持较高的稳定性。60～100 ℃“包覆样品1、2、3、4”的质量损失量分别为7.1%、7.2%、6.8%和7.3%,主要是以水、结合水、乙醇溶剂为主;300～500 ℃“包覆样品1、2、3、4”的质量损失量分别为6.1%、6.3%、6.7%和12.0%,主要是随着原位聚合反应的时间增加,原位聚合生成的聚乙烯苯磺酸包覆外壳结构上包覆有机物的量也增加。

2.1.3 红外光谱

包覆前和包覆后纳米纤维棉样品的红外光谱如图4所示,对比图4(a)和图4(b)可以发现,SiO2纳米纤维棉和“包覆样品”均在1 050、980 nm处有Si—O键吸收峰,在750 nm左右有Si—C键吸收峰,不同的是“包覆样品”在1 650 nm处均出现了芳香基吸收峰,这表明成功实现了乙烯苯磺酸在SiO2纳米纤维表面的原位聚合。

图4 包覆前和包覆后纳米纤维棉的红外光谱Fig.4 Infrared spectra of nanofiber cotton before and after coating reaction

SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的N2吸附-脱附等温线如图5所示(其中P为实际气压,P0为饱和蒸气压)。由图5可知,SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的BET曲线均属于V型等温线,表面纳米纤维棉的微孔和孔固体上呈弱气-固相互作用,说明SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉中有相当多的介孔结构,在一定的相对压力范围内,吸附质在介孔内会出现毛细管凝聚现象。原始纤维棉和“包覆样品1、2、3、4”的BET比表面积分别为2.437、2.033、1.859、1.766、1.719 m2/g,包覆反应的时间越长,样品的比表面积减小,说明原位包覆反应会一定程度覆盖SiO2纳米纤维棉的内孔道,降低纤维的比表面积。对原始样品和“包覆样品1、2、3、4”的BET平均介孔大小进行统计,其平均孔径分别为6.75、6.24、5.82、4.97、4.67 nm,说明包覆反应会堵塞一部分纤维内孔,导致其平均介孔孔径降低。

综合分析SEM微观形貌、热稳定性数据和比表面与孔隙度的结果认为:原位聚合包覆反应需注意控制反应的时间,时间过短无法在纤维表面形成较为完整的包覆层;反应时间过长会导致原位聚合反应的过度,一方面会导致纤维之间的粘连,另一方面包覆反应会一定程度地堵塞纤维内孔;综合分析认为包覆反应时间控制在20 min的样品能得到综合性能较为优秀的原位聚合包覆纤维棉样品,因此随后选用反应时间为20 min的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉作为重金属吸附性能研究的样品。

2.2 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附性能

2.2.1 温度对SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉吸附能力的影响

不同温度下SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附容量如图6所示。由图6可知,3种重金属离子的最大吸附容量都呈先增加后减少的趋势,在20～100 ℃均体现了较高的吸附性能,其中温度为40 ℃的吸附容量最高,对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量分别为95、71、161 mg/g,在60 ℃依然能够维持吸附能力水平,对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量分别为91、73、153 mg/g,80 ℃以后吸附能力开始下降,在100 ℃时SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量分别为74、59、93 mg/g,与40 ℃相比容量保持率为81.3%、80.8%和60.8%,表明SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉具备优异的高温吸附性能。

图6 不同温度下SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附容量Fig.6 Adsorption capacity of SiO2@PEBS nanofiber cotton at different temperatures

2.2.2 吸附时间影响

吸附容量qt随时间t的变化如图7所示。由图7可知,在最初的4 h内SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附容量迅速增加,随后增长速度减缓至平衡,对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附平衡时间分别为10、9和11 h左右。在前4 h内纤维表面的吸附点位较多,竞争吸附较弱,使得重金属离子快速被吸附,4 h后吸附空间逐步被占据,因活性位点逐步减少导致吸附速度逐步降低,在平衡且吸附位点被占满后进一步延长时间至12 h,吸附容量不再增加。

图7 吸附容量qt随时间t的变化Fig.7 Variation of adsorption capacity qtwith time t

达到平衡后Cu2+、Cd2+和Pb2+的饱和吸附容量分别为91、73和141 mg/g,对应的摩尔数为0.98、0.65和0.68 mmol/g,吸附容量从大到小顺序为Cu2+>Pb2+>Cd2+。重金属离子在吸附剂之间的作用力主要与离子半径、电离势能、络合物的稳定性等因素有关,离子半径越小、电离势能越大,则吸附形成的络合物稳定性越高,据此推测作用力从大到小顺序应为Cu2+>Cd2+>Pb2+。在分析吸附能力时,需考虑过渡金属元素的络合能力一般要大于非过渡金属元素的情况,而Cu2+和Cd2+为过渡金属,Pb2+为非过渡金属,吸附容量应为Cu2+和Cd2+(过渡金属)>Pb2+(非过渡金属)。除此之外,金属活泼性也会影响离子与吸附剂形成的络合物稳定性,金属活泼性越差其形成的配合物越稳定,根据元素周期表可知活泼性Cd>Pb>Cu,由此分析Cd2+的络合能力最小,综合以上三方面因素可以较好地解释SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对以上三种重金属离子吸附能力由大到小顺序为Cu2+>Pb2+>Cd2+。

2.2.3 重金属离子浓度的影响

在温度为60 ℃条件下,不同初始浓度下SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉吸附容量如图8所示。由图8可以看出,对于Cu2+和Cd2+,当离子浓度为0～120 mg/L时,随着离子浓度的增加,其吸附容量随浓度的增加而提高;超过120 mg/L后,吸附容量基本保持稳定。对于Pb2+而言,在160 mg/L之前吸附容量随离子浓度增加而提高,当离子浓度为160～300 mg/L时,吸附容量随离子浓度的增加而略微提升,300 mg/L之后吸附容量趋于稳定。达到平衡后Cu2+、Cd2+和Pb2+的稳定吸附容量分别为95、78、156 mg/g。

图8 不同初始浓度下SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉吸附容量Fig.8 Adsorption capacity of SiO2@PEBS nanofiber cotton at different initial concentrations

重金属离子浓度对SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉吸附容量的影响主要与吸附位点空间阻力有关,在较低的离子浓度下因纳米纤维棉表面存在较多的空余吸附位点,吸附容量随离子浓度的增加略呈线性增长趋势。当不断增加重金属离子的浓度,吸附位点逐渐被占据,空间阻力增大,吸附容量不再随着离子浓度提高而对应增加。

2.2.4 吸附动力学分析

对2.2.2的数据进行吸附动力学分析,绘制的准一级和准二级动力学模型拟合图如图9所示。根据拟合曲线,分别按照准一级和准二级动力学模型计算其平衡吸附容量qe和动力学模型常数k,以及拟合参数R2数据,计算结果如表1所示。

表1 动力学模型拟合参数Table 1 Fitting parameters of dynamic model

图9 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的准一级和准二级动力学模型拟合曲线Fig.9 Fitting curves of quasi first-order and quasi second-order kinetic models of SiO2@PEBS nanofiber coated cotton

由表1可知,SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附按照准二级动力学模型拟合,参数R2更接近于1,计算得到的理论吸附平衡容量为92.4、74.1和141.1 mg/g,与实验测得的数据(91、73和141 mg/g)非常接近。准一级动力学模型的拟合参数R2虽不如准二级动力学模型,但其数值也接近1,计算得出的理论吸附平衡容量为88.0、74.3和143.9 mg/g。通过对比准一级动力学模型和准二级动力学模型参数,发现包覆纤维棉的化学吸附更为优势,但其物理吸附对吸附能力的影响也不能忽视。

2.2.5 等温吸附模型

分别采用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对2.2.3的数据进行拟合,得到的拟合曲线如图10所示,分别对其拟合参数进行解析,得到的数据如表2所示。由表2的拟合参数R2可知,Langmuir等温吸附模型更适合来描述SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附过程,根据Langmuir等温吸附模型计算得到的吸附平衡容量为95.9、79.7和157.2 mg/g,而实验测得的吸附平衡容量为95、78和155 mg/g,两者非常接近,说明SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附主要以单分子层吸附为主。

表2 等温吸附拟合参数Table 2 isothermal adsorption fitting parameters

图10 包覆SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的等温吸附拟合曲线Fig.10 Isothermal adsorption fitting curves of SiO2@PEBS nanofiber cotton

表2中Cu2+、Cd2+和Pb2+在Langmuir等温模型中RL值分别为0.132、0.325、0.131,均在0到1之间,说明SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+具有较好的吸附作用,且RL值从小到大依次为Cu2+、Pb2+、Cd2+与2.2.2节的纤维棉对以上三种重金属离子吸附能力为Cu2+>Pb2+>Cd2+结果相对应。

2.3 脱附再生性能

制备的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉除了应具备较好的高温吸附性能,其循环使用寿命也是满足商用经济型和可持续性的重要因素。图11为包覆纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+离子脱附-吸附循环10次的吸附容量变化,由图11可以看出,该纤维棉具备较好的循环性能。循环10次后Cu2+的吸附容量从91 mg/g降低至76 mg/g,容量保持率为83.5%,Cd2+的吸附容量由74 mg/g降低为60 mg/g,容量保持率为81.1%, Pb2+的吸附容量由143 mg/g降低为111 mg/g,容量保持率为77.6%,说明SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维具备优异的高温稳定性和强酸稳定性。

图11 SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉循环10次后的吸附容量变化Fig.11 Adsorption capacity changes of SiO2@PEBS nanofiber cotton after 10 times cycle

3 结 论

1)通过FT-IR、SEM、TGA、BET结果可知,乙烯苯磺酸单体成功实现了在SiO2纳米纤维棉表面的原位聚合包覆,且包覆反应为20 min时可以取得较好的包覆效果。

2)SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉具备良好的高温稳定性和循环性能,在60 ℃条件下,对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量分别为91、73和153 mg/g,吸附性能未明显降低,在100 ℃时SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附容量分别为74、59和93 mg/g,容量保持率为81.3%、80.8%和60.8%。

3)对SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附数据进行了准一级和准二级动力学拟合,结果表明其对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附按照准二级动力学模型拟合,R2更接近于1,计算得到的理论吸附平衡容量为92.4、74.1和141.1 mg/g,与实验测得的数据(91、73、141 mg/g)非常接近,吸附过程更偏向于化学吸附。

4)对SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉的吸附数据进行了Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合分析,根据拟合参数R2,Langmuir等温吸附模型更适合描述其对Cu2+、Cd2+和Pb2+的吸附过程,根据Langmuir等温吸附模型计算,得到的吸附平衡容量为95.9、79.7和157.2 mg/g,而实验测得的吸附平衡容量为95、78和155 mg/g,两者非常接近,吸附过程主要以单分子层吸附为主。

5)对制备的SiO2@聚乙烯苯磺酸纳米纤维棉进行了吸附-脱附循环性能研究,循环10次后对Cu2+、Cd2+和Pb2+的容量保持率分别为83.5%、81.1%、77.6%,表明循环性能较好。