交联的环糊精纳米纤维复合膜用于去除水中的类固醇激素微污染物

　　J. Membr. Sci.：交联的β-环糊精纳米纤维复合膜用于去除水中的类固醇激素微污染物
　　DOI:10.1016/j.memsci.2020.118228 负载环糊精的复合纳米纤维已广泛应用于水处理中。本研究制备了β-环糊精-表氯醇(βCDP)沉积在PES超滤(UF)膜上的电纺聚醚砜(PES)纳米纤维。βCDP-UF复合纳米纤维膜（CNM）可在较宽的浓度范围（0.01-100µg/L）内去除水中的类固醇激素微污染物（MP）。通过FE-SEM、FTIR和TGA分析研究了静电纺丝和聚合反应对βCDP-UF复合材料的形貌、结构、表氯醇（EP）交联以及稳定性的影响。在静态吸附和动态过滤中考察了E2去除量与βCDP浓度、接触时间、pH、E2浓度、激素类型和流速的关系。βCDP与纳米纤维结合良好，FTIR表明βCD与EP成功交联，并在过滤前后进行了TGA分析。静态吸附5小时内E2去除率最高（80％）。在动态过滤中，E2的去除率取决于流速和纳米纤维层的厚度，最高可去除99％。复合纳米纤维膜具有良好的水渗透性，对微污染物的吸收能力也较高。这些结果表明，由于βCD的大表面积和包合能力，βCDP-UF复合纳米纤维膜在去除微污染方面具有广阔的应用前景。
　　图1.末端搅拌池设置（10mL容量）的示意图。
　　图2.βCD和交联产物βCDP的FTIR光谱（波数为4000至400 cm–1）。
　　图3.在不同的βCDP负载下CNM表面（纳米纤维）的SEM图像。a）1.3 g/m2、b）2.7 g/m2、c）6.7 g/m2、d）10.7 g/m2、e）13.4 g/m2、f）50％13.4 g/m2 CNM（3mL聚合物）的横截面。
　　图4.具有以下特征的CNMs的TGA分析：a）不同的βCDP负载量，b）吸附在水中之前和之后，以及C）原始膜上的PES-βCDP纳米纤维厚度不同（氮气气氛，30至900℃，加热速率为10℃/min）。
　　图5.使用UF原始和含不同βCDP负载量的CNM的E2去除量（260 rpm，pH8，进料为100 ng/L，纳米纤维层厚度为80 µm，膜片直径为25 mm）。
　　图6.使用13.4 g/m2 CNM（260 rpm，pH8，1 mM NaHCO3，10 mM NaCl，20℃，纳米纤维厚度80 µm）时，E2初始浓度对雌二醇去除的影响。
　　图7.使用13.4 g/m2 CNM（260 rpm，pH8，1 mM NaHCO3，10 mM NaCl，20℃，纳米纤维厚度80 µm）的吸附量随E2浓度和E2吸附等温线的变化。
　　图8.类固醇激素和βCD包合物形成示意图。
　　图9.a）使用13.4 g/m2 βCDP CNM（260 rpm，100 ng/L E2，纳米纤维厚度为80 µm）时，E2去除率随pH的变化，b）原始膜和含13.4 g/m2 βCDP负载量的CNM的Zeta电位。
　　图10.不同重量负载（纳米纤维层厚度为80 µm，流速为6.3 mL/min，进料为100 ng/L）和纳米纤维层厚度下，渗透率与βCDP负载的关系。
　　图11.（a）渗透物与进料浓度的比率，（b）激素摄取随渗透物体积和过滤时间的变化，以及c）使用13.4 g/m2 βCDP CNM去除激素（流速为6.3 mL/min，100 ng/L E2，纳米纤维层厚度为80 µm）。
　　图12.（a）使用CNM（流速为6.3 mL/min，100 ng/L E2和纳米纤维层厚度为80 µm）时，激素去除和摄取随βCDP负载的变化。
　　图13.使用13.4 g/m2 βCDP CNM（流速为6.3 mL/min，纳米纤维层厚度为80 µm）时，激素去除和摄取随进料浓度的变化。
　　图14.（a）使用13.4 g/m2 βCDP（进料为100ng/L，纳米纤维层厚度为80 µm）时，激素去除和摄取与流速的关系，以及b）流量与流速的关系。
　　图15.使用13.4 g/m2 βCDP（流速为1.05 mL/min，进料为100 ng/L）时，激素去除和摄取随纳米纤维厚度（随聚合物体积改变）的变化。
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