DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.145364

纳米级氧化铁基吸附剂已被广泛用于缓解水体富营养化。然而，纳米氧化铁基吸附剂稳定性差、分离回收困难，给其工业化应用带来了挑战。在此，通过表面活性剂介导的静电纺丝法系统合成了具有可控直径（即66至305nm）和组成的赤铁矿和四正丁基溴化铵掺杂聚丙烯腈（PAN/Fe2O3/TBAB）复合纳米纤维，作为去除水中磷酸盐的吸附剂。在静电纺丝过程中，极性TBAB表面活性剂促进了Fe2O3纳米颗粒向纳米纤维表面的迁移，从而形成了表面富集Fe2O3纳米颗粒/TBAB的纳米纤维。将合成的纳米纤维膜用于去除磷酸盐，研究了其吸附动力学、吸附机理和可重复使用性。数据表明，吸附动力学遵循伪二级模型，而吸附机理遵循Langmuir模型。磷酸盐的去除主要归因于表面富集的α-Fe2O3纳米颗粒在酸性和接近中性pH值下的化学吸附，而在TBAB位点处的阴离子交换贡献很小。在pH3下的最大磷酸盐去除能力约为8.76mg/g（即23.1mg/g，P/活性物质）。此外，所合成的纳米纤维膜还具有出色的可重复使用性。

图1.（a）粘度，（b）表面张力和（c）电导率随溶液组成变化的DOE分析。

图2.（a）平均纤维直径和（b）微珠密度随溶液组成变化的DOE分析。

图3.PAN/Fe2O3/TBAB纳米纤维的SEM图像。（a）PAN4-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（c）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（d）PAN5.5-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（g）PAN7-TBAB1，（h）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（i）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

图4.Fe2O3纳米颗粒、Fe2O3纳米棒和PAN/Fe2O3/TBAB纳米纤维的TEM图像。（a）Fe2O3纳米粒子，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（d）PAN7-Fe2O33-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36，（f）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（g）PAN5.5-Fe2O3（纳米棒）2.36-TBAB1和（h）Fe2O3纳米棒。

图5.23℃下，初始磷酸盐浓度对PAN/Fe2O3/TBAB纳米纤维膜吸附动力学的影响。线表示使用伪二阶方程的建模结果。（a）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（d）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36，（g）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（h）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

图6.PAN/Fe2O3/TBAB纳米纤维膜的Langmuir吸附等温线。（a）PAN4-Fe2O30.86-TBAB1，（b）PAN4-Fe2O31.72-TBAB1，（c）PAN5.5-Fe2O31.18-TBAB1，（d）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1，（e）PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB0.1，（f）PAN5.5-Fe2O32.36，（g）PAN7-Fe2O31.5-TBAB1和（h）PAN7-Fe2O33-TBAB1。

图7.（a）使用PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1纳米纤维垫时，初始溶液的pH值对磷酸盐去除效率的影响，以及（b）从MATLAB模拟数据得到的不同pH值下磷酸盐物种的分数。初始磷酸盐浓度为10mg/L，接触时间为24h，T=23℃，吸附剂量为1g/L。

图8.使用1M NaOH溶液进行5次循环再生的PAN5.5-Fe2O32.36-TBAB1纳米纤维垫的磷酸盐吸附能力。初始磷酸盐浓度10mg/L，pH3和5，接触时间24h，吸附剂量1g/L。