DOI: 10.1016/j.molliq.2021.115364

石墨烯基纳米复合材料粉体在水处理领域具有巨大的应用潜力。然而，主要的挑战是将这些粉末材料从处理过的水中分离出来，否则可能会导致环境污染。在这项工作中，采用简便的静电纺丝技术，在保持针与收集器的距离为15cm，溶液流速为1mL/h，外加直流电压为15kV的条件下，制备了氧化石墨烯（GO）和Fe3O4纳米粒子包埋的聚丙烯腈（PAN）纳米纤维膜（PAN-GO-Fe3O4）。通过XRD、FTIR、Raman、XPS、FESEM、HRTEM、BET和VSM分析技术对所制备纳米复合材料的形成、组成、键合、表面形态、尺寸、比表面积和磁性进行了分析。XRD和HRTEM证实了Fe3O4立方晶体结构的形成。通过FTIR、拉曼光谱、XPS和FESEM-EDX分析证实了PAN-GO-Fe3O4的功能化和表面组成。FESEM图像显示形成了直径为150-170nm的PAN-GO-Fe3O4细纤维。TEM图像显示，PAN-GO表面修饰有直径为10-20nm的球形纳米粒子。N2吸附-解吸实验表明，PAN-GO-Fe3O4复合材料比GO、PAN和Fe3O4具有更高的比表面积（90.62mg/g）。PAN-GO-Fe3O4纳米纤维膜的饱和磁化强度值为28.72emu/g。将所制备的PAN-GO-Fe3O4膜用于通过间歇吸附法修复水中的高毒性六价铬（Cr（VI））离子。通过改变吸附剂用量、pH、时间和浓度等参数考察了Cr（VI）的吸附效果。上述实验结果表明，PAN-GO-Fe3O4对Cr（VI）的吸附与pH有关，最大吸附量为124.34mg/g。伪二阶动力学模型和Langmuir等温模型与Cr（VI）去除实验数据拟合良好，相关系数（R2）值较高。ΔG0为负值和ΔH0为正值表明Cr（VI）在PAN-GO-Fe3O4上的吸附是自发的吸热过程。通过共存离子的影响和重复使用试验，验证了吸附材料的有效性。

图1.通过静电纺法合成PAN-GO-Fe3O4纳米纤维膜的合成步骤

图2.GO、Fe3O4和PAN-GO-Fe3O4的X射线衍射图

图3.GO、Fe3O4和PAN-GO-Fe3O4的FTIR光谱

图4.Fe3O4、GO和PAN-GO-Fe3O4的拉曼光谱

图5.（a）Fe3O4，（b）GO，（c）和（d）PAN-GO-Fe3O4的FESEM图像；（e）PAN-GO-Fe3O4的EDX光谱

图6.（a）Fe3O4的TEM图像，（b）GO的TEM图像，（c-e）PAN-GO-Fe3O4的不同分辨率TEM图像和（d）PAN-GO-Fe3O4膜的HRTEM图像

图7.（a）PAN-GO-Fe3O4整个范围的XPS全扫描，（b）C1s区，（c）N1s区，（d）O1s区，（e）Fe2p区的高分辨率XPS光谱

图8.（a）PAN、GO、Fe3O4和PAN-GO-Fe3O4的BET曲线和（b）BJH孔径分布曲线，（c）Fe3O4和PAN-GO-Fe3O4的VSM曲线，（d）PAN-GO-Fe3O4的Zeta电位曲线

图9.（a）pH，（b）时间，（c）伪二级和一级动力学模型的非线性曲线，（d）Langmuir和Freundlich等温模型的非线性曲线对PAN-GO-Fe3O4纳米纤维膜吸附Cr（VI）的影响