長春理工大學董相廷：電紡自支撐柔性aPAN/BPEI NMs可同時視覺檢測並去除Cu2+

DOI: 10.1021/acsami.1c13722

由於Cu2+對人類和其他生物體的嚴重影響，靈敏檢測並有效去除水中的銅離子（Cu2+）仍然是保護公眾健康和環境安全的艱鉅任務。在此，研究者透過簡便的靜電紡絲和隨後的水熱法設計並製備自支撐柔性醯胺化聚丙烯腈/支化聚乙烯亞胺奈米纖維膜（縮寫為aPAN/BPEI NMs），該膜不僅可作為用於視覺檢測Cu2+的條帶，還可以用作從水中去除Cu2+的有效吸附劑。由於aPAN/BPEI NMs的自支撐性，因此可以很容易地從溶液中去除，以減少對環境的二次汙染。基於BPEI的高Cu2+結合能力，Cu2+離子吸附在aPAN/BPEI NMs上導致280和636nm處出現新的吸收帶，顏色從黃色變為藍色。當aPAN/BPEI NMs用於視覺檢測Cu2+時，其線性範圍為50-700μM，檢測限為11.5和4.8μM（吸收峰位於280和636nm）。更重要的是，aPAN/BPEI NMs透過簡單的處理表現出優異的選擇性和一定的回收率。此外，利用Cu2+在水介質中的吸附特性，aPAN/BPEI NMs可有效去除Cu2+，其吸附容量為209.53 mg·g-1。此外，aPAN/BPEI NMs去除Cu2+不會受到其他外來離子的干擾。吸附過程符合擬二級（PSO）動力學模型和Jovanovich模型，證明了該過程是透過化學和單層吸附機制發生的。因此，本工作為設計和製備具有高靈敏度和強吸附性的新型重金屬離子檢測-去除整合材料提供了理論和技術支援。

圖1.（a）aPAN/BPEI NMs的SEM影象和（b）直徑直方圖。

圖2.（a）10%PAN奈米纖維、10%PAN/10%BPEI NMs和aPAN/BPEI NMs的FTIR光譜和（b）XRD圖譜。

圖3.aPAN/BPEI NMs在不同濃度的Cu2+水溶液中孵育後的光學影象。

圖4.aPAN/BPEI NMs在不同濃度的Cu2+水溶液中孵育後的紫外-可見吸收光譜。

圖5.aPAN/BPEI NMs在（a）280和（b）636nm處的吸收強度與Cu2+濃度（0-1000μM）之間的關係。

圖6.（a）aPAN/BPEI NMs在各種金屬離子溶液（1000μM）中孵育前後的光學影象和（b）紫外-可見吸收光譜。

圖7.（a）aPAN/BPEI NMs在各種陰離子或Cu2+（1000μM）溶液中孵育前後的光學影象和（b）紫外-可見吸收光譜。

圖8.aPAN/BPEI NMs與Cu2+或EDTA孵育的照片。

圖9.（a，b）用Cu2+處理的aPAN/BPEI NMs以及（c，d）先用Cu2+然後用EDTA處理的aPAN/BPEI NMs的（a，c）SEM影象和（b，d）直徑直方圖。

圖10.aPAN/BPEI NMs的照片，用於視覺檢測幾種自來水樣品中的Cu2+。

圖11.（a）pH值和（b）吸附劑用量對aPAN/BPEI NMs吸附Cu2+（20 mg·L-1，30mL）的影響。

圖12.（a）吸附時間和（b）初始Cu2+濃度對aPAN/BPEI NM（0.01g）在水溶液（30mL）中吸附Cu2+的影響。

圖13.水溶液（30mL）中的外來離子對aPAN/BPEI NMs吸附Cu2+的影響。

圖14.（a）PFO和（b）PSO動力學模型擬合的吸附動力學結果。

圖15.aPAN/BPEI NM和Cu2+等溫線模型的擬合結果：（a）Langmuir模型，（b）Jovanovich模型，（c）Freundlich模型和（d）Halsey模型。