靜電紡絲技術(shù)及其用于吸附分離鈾的研究進(jìn)展

謝金華，戴 熒，陶琴琴，柳玉輝，王有群，張志賓，曹小紅，劉云海

(東華理工大學(xué) 核資源與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330013)

靜電紡絲技術(shù)(Electrospinning)是一種利用高壓電源將聚合物溶液或熔體通過(guò)靜電作用制備成納米級(jí)纖維的技術(shù)。該技術(shù)最早由美國(guó)工程師A.Formhals于1934年發(fā)明，其利用靜電力制備了醋酸纖維素納米纖維。20世紀(jì)90年代，D.H.Reneker等通過(guò)理論研究和實(shí)踐，將靜電紡絲技術(shù)逐步發(fā)展和完善。與其他纖維制備方法相比，靜電紡絲技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高納米纖維的比表面積，其所制備的纖維長(zhǎng)徑比大、孔隙率高、易功能化且吸附量大，是優(yōu)秀的吸附材料基底。

鈾-238的半衰期長(zhǎng)達(dá)4.51×109年，其對(duì)自然及人類的危害主要源于它的化學(xué)毒性[1-2]。在鈾的開(kāi)采[3]、提取、使用和后處理過(guò)程中，總是伴隨大量的氣態(tài)、固態(tài)及液態(tài)的含鈾放射性廢物產(chǎn)生。因此，有效處理回收放射性廢物中的鈾，對(duì)保護(hù)自然環(huán)境[4-5]和人類健康[6]具有重要意義。

從放射性廢水中去除鈾主要有吸附法[7]、離子交換法[8]、化學(xué)沉淀法[9]、電化學(xué)法[10]、光催化法[11]等。其中吸附法具有成本低、操作簡(jiǎn)單、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是有效的方法之一。目前，碳基化合物[12-14]、硅基化合物[15]、金屬有機(jī)骨架化合物[16]、杯芳烴類化合物、層狀金屬氫氧化物[17]及生物質(zhì)類[18]等吸附劑都能從水溶液中有效去除鈾，但這些吸附劑大多數(shù)是粉末狀，在實(shí)際應(yīng)用中難以回收。而通過(guò)靜電紡絲技術(shù)將高效粉末吸附劑與合適的基底共紡，制備出混合纖維，可以完美解決上述問(wèn)題。

綜述了電紡納米纖維的制備工藝及其影響因素，介紹了靜電紡絲技術(shù)在處理含鈾廢水領(lǐng)域中的研究狀況以及納米纖維吸附去除鈾的機(jī)制，最后討論了靜電紡絲技術(shù)的局限性、面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

1 靜電紡絲納米纖維的制備

靜電紡絲裝置主要由高壓電源、噴絲及接收裝置組成，其制備過(guò)程為：高壓電源的兩極分別與噴絲及接收裝置連接，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增大到靜電引力足以克服聚合物溶液或熔體表面張力時(shí)，噴絲裝置的噴嘴尖端的帶電流體會(huì)產(chǎn)生泰勒錐，形成噴射細(xì)流；噴射過(guò)程中，溶劑不斷揮發(fā)，射流不斷被拉伸，最終在接收裝置上得到直徑為幾十納米到幾微米的纖維。靜電紡絲技術(shù)根據(jù)噴絲裝置的不同分為單針、無(wú)針及多針靜電紡絲。

1.1 傳統(tǒng)單針靜電紡絲

傳統(tǒng)靜電紡絲裝置是單針靜電紡絲裝置，紡絲效率低，但由于裝置簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便且單次紡絲成本低，非常適用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的電紡納米纖維的生產(chǎn)與研發(fā)。

Smit等[19]在2005年設(shè)計(jì)了一種制備連續(xù)單軸纖維束紗裝置。該裝置在接有電極的儲(chǔ)水槽上紡紗，再使用滾筒收集器收集水中纖維。這種裝置的紡絲速度理論上可達(dá)180 m/h。Yener等[20]研究了針式和滾筒式靜電紡絲裝置中紡絲液濃度對(duì)紡絲過(guò)程中產(chǎn)量和纖維性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，針式電紡能夠產(chǎn)生更小直徑的納米纖維，而滾筒式電紡表現(xiàn)出更高的紡絲效率。

在單針靜電紡絲裝置基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了同軸靜電紡絲裝置。這種裝置可制備諸如中空型或核殼型復(fù)合纖維。如Zhang X.等[21]利用同軸電紡制備了具有非凡的鋰存儲(chǔ)性能的TiO2中空納米纖維，可用作鋰離子電池陽(yáng)極。Hudecki等[22]利用同軸靜電紡絲裝置制備的納米纖維可作為替代天然組織支架的生物材料，并提出可將靜電紡絲技術(shù)用于生產(chǎn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多層納米纖維。Komur等[23]采用同軸靜電紡絲裝置制備了淀粉和聚己內(nèi)酯(PCL)復(fù)合納米纖維，這種纖維具有良好的可紡性和形貌，在傷口敷料方面具有巨大的應(yīng)用潛力。Chen J.等[24]則通過(guò)同軸靜電紡絲裝置及煅燒法制備了一種新型發(fā)光摻Ln3+(Eu、Tb)的一維SiO2中空納米纖維，可以作為設(shè)計(jì)新型多色可調(diào)諧熒光粉的平臺(tái)，拓寬了其在照明、光學(xué)器件和多色顯示領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。而Yang G.Z.等[25]采用改進(jìn)的三軸靜電紡絲裝置設(shè)計(jì)并制備了核-殼型納米級(jí)藥物倉(cāng)，用于藥物傳遞。

1.2 無(wú)針靜電紡絲

無(wú)針靜電紡絲裝置又稱非針式靜電紡絲裝置，與傳統(tǒng)的單針靜電紡絲裝置相比，最鮮明的特征是具有一個(gè)表面積較大的噴絲裝置，如面板、絲錐及圓筒等，其紡絲效率是傳統(tǒng)單針靜電紡絲裝置的十幾甚至數(shù)千倍，因此可大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維。纖維中可摻雜藥物、催化劑和具有生物活性成分等顆粒，在醫(yī)藥、化工及生物工程等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

Yarin等[26]研發(fā)了一種噴絲裝置為溶液槽的無(wú)針靜電紡絲裝置，槽中下層溶液為磁性液體，上層為有機(jī)溶液，水槽下方的永磁體可提供磁場(chǎng)，磁懸液以此形成的尖峰突破了層間界面，在有機(jī)層表面形成許多雙層尖峰(內(nèi)層為磁懸液，外層為有機(jī)液)。當(dāng)外加一個(gè)合適的電場(chǎng)時(shí)，雙層尖峰的峰尖處形成向上噴射的射流。帶電射流在電場(chǎng)中拉伸和彎曲，隨著射流中的溶劑蒸發(fā)，固化的納米纖維最終沉積在反電極上。該方法使電紡工藝的生產(chǎn)效率提高了12倍，并解決了針頭堵塞問(wèn)題。Kostakova等[27]在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，去掉磁場(chǎng)發(fā)生裝置，將槽中溶液改為單一紡絲液，并在槽的上方加裝了一個(gè)金屬滾筒作為噴絲裝置。該裝置能夠連續(xù)批量生產(chǎn)，提高生產(chǎn)能力，且易于維護(hù)。Tang S.等[28]通過(guò)將金屬滾筒懸空，并將聚合物溶液噴灑至金屬滾筒上提高生產(chǎn)能力，該噴絲裝置與單針靜電紡絲裝置相比，產(chǎn)量可提高24～45倍，且生產(chǎn)力可繼續(xù)擴(kuò)大。

無(wú)針靜電紡絲裝置產(chǎn)絲效率高，但噴絲裝置過(guò)于開(kāi)放的表面會(huì)造成溶劑大量蒸發(fā)，隨時(shí)間延長(zhǎng)，紡絲液濃度發(fā)生改變，使得產(chǎn)品質(zhì)量下降。Wang X.等[29]為了解決上述問(wèn)題，將金屬螺旋線圈替換金屬滾筒作為噴絲裝置，可有效抑制溶劑自然蒸發(fā)，生產(chǎn)效率高，能生產(chǎn)比針式靜電紡絲裝置直徑更細(xì)、更均勻的納米纖維。Liu Z.等[30]結(jié)合點(diǎn)放電概念和無(wú)針靜電紡絲裝置的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種針-盤狀噴絲裝置。數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果表明，針-盤靜電紡絲裝置的紡絲速率可達(dá)13.5 g/h，是相同紡絲條件下傳統(tǒng)靜電紡絲裝置速率的183倍。He H.J.等[31]改用紗線作為噴絲裝置，實(shí)現(xiàn)了納米纖維的大規(guī)模生產(chǎn)。在紡絲過(guò)程中，紗線所攜帶的有機(jī)液體表面會(huì)噴射出大量射流，納米纖維的生產(chǎn)效率提高到1.17 g/h，是單針靜電紡絲裝置4倍以上。該裝置既可以避免紡絲過(guò)程中針尖堵塞問(wèn)題，同時(shí)也解決了溶劑大量自然蒸發(fā)的問(wèn)題。

Wang X.等[32]設(shè)計(jì)的噴絲裝置為倒圓錐形金屬絲，與傳統(tǒng)的針式靜電紡絲裝置相比，這種無(wú)針尖靜電紡絲裝置可以制備出平均直徑更細(xì)的納米纖維，并且纖維受外加電壓的影響更加明顯。該裝置可以在錐形線圈表面同時(shí)產(chǎn)生大量射流，從而提高纖維生產(chǎn)率(十幾倍)。Lu B.等[33]設(shè)計(jì)的噴絲裝置為旋轉(zhuǎn)圓錐狀，生產(chǎn)速率約為10 g/min，是傳統(tǒng)單針靜電紡絲裝置的1 000倍，纖維的形貌與單針靜電紡絲裝置相比無(wú)明顯差異。進(jìn)一步研究結(jié)果表明，其紡絲速率對(duì)纖維直徑的影響不明顯，而隨電壓在一定范圍內(nèi)增大，纖維直徑減小且均勻。該裝置適于工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

無(wú)針靜電紡絲裝置與傳統(tǒng)單針靜電紡絲裝置相比，無(wú)疑大大提高了紡絲效率，但也有諸多不足：1)紡絲所需電壓是單針靜電紡絲裝置的2～6倍，使得能耗增大，也增大了安全隱患；2)在無(wú)針靜電紡絲裝置在紡絲過(guò)程中，纖維容易相互粘接，形成相互粘結(jié)的纖維結(jié)構(gòu)，這是在有限的空間內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生大量射流，溶劑(水)從聚合物射流蒸發(fā)不足所致；3)噴絲裝置表面的電荷分布不均勻會(huì)造成纖維直徑差異，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 多針靜電紡絲

多針靜電紡絲是通過(guò)增加紡絲裝置針頭數(shù)量提高納米纖維的生產(chǎn)效率，能大規(guī)模生產(chǎn)納米纖維。多針靜電紡絲與單針靜電紡絲統(tǒng)稱為針式靜電紡絲，都是通過(guò)中空的針頭噴絲。針頭的內(nèi)徑在一定程度上控制了纖維的直徑，因此，針式電紡比無(wú)針式電紡?fù)軌蛏a(chǎn)出更加均勻的纖維。但是，當(dāng)針頭排列密度過(guò)大時(shí)，針尖電場(chǎng)分布不均勻，容易造成射流滴落、破碎等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

Yang Y.等[34]設(shè)計(jì)了一種六邊形多針噴絲系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了均勻纖維的高效生產(chǎn)。在此系統(tǒng)中，每3根針被設(shè)計(jì)成一個(gè)等邊三角形，在內(nèi)部針附近有一個(gè)均勻的電場(chǎng)強(qiáng)度，并限制內(nèi)部射流路徑。在7針系統(tǒng)中用直徑7 cm的屏蔽環(huán)，在19針系統(tǒng)中用直徑9 cm的屏蔽環(huán)，在37針系統(tǒng)中使用直徑10.5 cm的屏蔽環(huán)。屏蔽環(huán)使得針尖附近的電場(chǎng)更均勻，并限制收集區(qū)域。Liu Y.等[35]則利用有限元分析模擬了“一”字形多針噴絲系統(tǒng)的過(guò)程控制。通過(guò)采取調(diào)整針長(zhǎng)、針間距、改變電壓施加方式，以及用塑料套管分離各針等措施，可以使施加給各針的電場(chǎng)強(qiáng)度保持一致，增加針式電紡技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的潛力。Zhu Z.等[36]探討了在均勻電場(chǎng)作用下，采用3種排列類型(雙線型、等邊三角形波及梯形波)的多針噴絲系統(tǒng)制備納米纖維。其中梯形排列制備的納米纖維更均勻、質(zhì)量更高，在增加針頭數(shù)量條件下，射流仍然穩(wěn)定，并且形成光滑均勻的納米纖維。梯形排列形成了更均勻的電場(chǎng)和更高的針頭密度，這對(duì)提高多針頭靜電紡絲裝置的納米纖維產(chǎn)率(20%)有重要意義。Zhu Z.等[37]進(jìn)一步研究了布置在多針靜電紡絲裝置的針尖梯形陣列中的電場(chǎng)均勻性，發(fā)現(xiàn)在針尖中部用介電材料可以提高電場(chǎng)的均勻性，在針高密度排列時(shí)保持針尖處的電場(chǎng)均勻，為多針靜電紡絲裝置生產(chǎn)納米纖維提供了噴嘴。

為了增強(qiáng)對(duì)多噴嘴靜電紡絲裝置沉積的控制，Zheng Y.等[38]設(shè)計(jì)了一種基于帶相反電荷的靜電紡絲裝置。這種靜電紡絲裝置被稱為反電荷和空氣輔助靜電紡絲(OCAAES)。通過(guò)OCAAES制造出多種納米纖維圖案。多噴嘴靜電紡絲裝置可有效控制納米纖維沉積面積和沉積厚度。

與單針和無(wú)針靜電紡絲相比，多針靜電紡絲不僅擁有較高的生產(chǎn)速率，而且可以生產(chǎn)具有核-殼等特殊結(jié)構(gòu)的纖維，因此，隨著對(duì)多針電紡技術(shù)研究的深入，在克服針頭處電場(chǎng)不均勻的缺點(diǎn)后，將可以更好地應(yīng)用于制備具有特殊結(jié)構(gòu)的納米纖維的工業(yè)化生產(chǎn)中。

2 靜電紡絲技術(shù)的影響因素

靜電紡絲纖維的制備受諸多因素影響，大致可分為紡絲液性質(zhì)、工作參數(shù)及環(huán)境因素3類。紡絲液性質(zhì)和工作參數(shù)對(duì)纖維的影響體現(xiàn)在影響纖維的形狀、直徑大小及分布等方面，從而影響納米纖維的表面形貌和機(jī)械性能；環(huán)境因素對(duì)纖維的影響則相對(duì)較小且易控。

2.1 紡絲液性質(zhì)的影響

紡絲液的濃度、溫度、黏度、電導(dǎo)率及聚合物的分子量等主要影響纖維的直徑、截面形狀及均勻性。

納米纖維的直徑隨紡絲液分子量和濃度在一定范圍內(nèi)增大而增大，濃度過(guò)低無(wú)法形成穩(wěn)定纖維結(jié)構(gòu)，纖維直徑不均勻，包含許多分叉和串珠，并且容易粘連；過(guò)高則無(wú)法紡出纖維。隨溶液濃度增大，纖維直徑和間距增大，纖維截面由圓形逐漸向扁平轉(zhuǎn)變[39]。Lin T.等[40]的研究得出了相似結(jié)論，并且發(fā)現(xiàn)通過(guò)加入陽(yáng)離子表面活性劑可以提高紡絲液導(dǎo)電性，減少串珠數(shù)量，并且可以減小納米纖維的平均直徑。

在紡絲液中添加無(wú)機(jī)鹽可以增大溶液導(dǎo)電率并減小納米纖維直徑，可能是隨溶液電導(dǎo)率增大，紡絲液更易克服表面張力產(chǎn)生射流所致。但紡絲液黏度和剪切強(qiáng)度受無(wú)機(jī)鹽的影響很小，主要受紡絲液濃度的影響[41]。Kim等[42]的研究結(jié)果表明，適量的鹽有利于穩(wěn)定的纖維形成，過(guò)多的鹽卻會(huì)導(dǎo)致纖維直徑增大和非連續(xù)纖維形成。Angammana等[43]研究同樣發(fā)現(xiàn)，纖維平均直徑隨溶液電導(dǎo)率增大而減小，并呈冪函數(shù)關(guān)系。電導(dǎo)率極低的紡絲液無(wú)法形成射流，因?yàn)樵谝旱伪砻鏇](méi)有足夠的表面電荷形成泰勒錐，而過(guò)高電導(dǎo)率的溶液也無(wú)法形成泰勒錐，這可能是沿液滴表面的切向電場(chǎng)太小的緣故。Pavelkova等[44]的研究結(jié)果表明，提高聚合物溶液的導(dǎo)電性可以增強(qiáng)電紡納米纖維的均勻性。He C.H.等[45]研究了不同F(xiàn)eCl3濃度對(duì)聚偏二氟乙烯(PDVF)納米纖維直徑的影響，當(dāng)FeCl3質(zhì)量濃度在0～20 g/L范圍內(nèi)時(shí)，與純PDVF納米纖維相比，纖維平均直徑減小；當(dāng)FeCl3濃度在20～100 g/L時(shí)，纖維平均直徑顯著增大。因此可以推斷，紡絲液電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)增大會(huì)使所紡納米纖維直徑減小，均勻性也會(huì)有所增強(qiáng)。

升高紡絲液溫度可以提高納米纖維質(zhì)量及產(chǎn)率，有研究[46]表明：當(dāng)紡絲液溫度從20 ℃升至60 ℃ 時(shí)，紡絲效率提高，納米纖維變薄但堆積密度增大。

2.2 工作參數(shù)的影響

工作參數(shù)主要有外加電壓、針頭直徑、流量及針距。外加電壓、流量及針距會(huì)相互影響，對(duì)纖維的形貌和機(jī)械性能影響最為明顯。

纖維平均直徑會(huì)隨外加電壓增大而減小[47-48]。電壓過(guò)低時(shí)，纖維會(huì)相互粘連、粗細(xì)不均造成直徑分布寬，電壓過(guò)高則會(huì)使射流不穩(wěn)定，增加纖維上的串珠[48-49]。Kolbuk等[50]研究表明，聚己內(nèi)酯(PCL)纖維直徑不會(huì)隨外加電壓的變化而顯著變化，并且電紡工作參數(shù)對(duì)細(xì)胞遷移和增殖沒(méi)有顯著影響。以上研究結(jié)果說(shuō)明，外加電壓對(duì)各種聚合物的纖維直徑影響不同，要根據(jù)實(shí)際情況而定。

隨針距增大，纖維直徑與直徑分布先增大后減小[47-49]。針距較小時(shí)，射流固化過(guò)程中溶劑不完全揮發(fā)，纖維平均直徑較大；針距較大時(shí)，雖然有足夠的時(shí)間供射流充分拉伸，同時(shí)有利于溶劑的揮發(fā)，會(huì)導(dǎo)致纖維直徑減小，但電場(chǎng)強(qiáng)度減小使射流的噴出速度和分裂能力受到影響，拉伸作用減弱，反而使纖維直徑增大[48-49]。

Tang S.P.等[51]利用微元法從理論上研究了流量對(duì)纖維直徑的影響。試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析結(jié)果均表明，隨流速增大，纖維直徑增大。因此，可以通過(guò)控制流速來(lái)控制纖維直徑。

2.3 環(huán)境因素的影響

環(huán)境因素主要為室溫、磁場(chǎng)強(qiáng)度和相對(duì)濕度。這些因素均會(huì)對(duì)纖維的形貌特征產(chǎn)生不同程度的影響。隨相對(duì)濕度增大，納米纖維直徑減小，晶體穩(wěn)定性降低，但對(duì)非親水性聚合物影響較小[52]。

溫度對(duì)納米纖維表面形貌有較大影響。Nasim等[53]的研究結(jié)果表明，隨溫度升高，納米纖維呈帶狀扁平化。Liu F.J.等[54]的研究表明，低溫下制備的電紡PVP納米纖維比高溫下制備的纖維更光滑，直徑更小。但Cui Q.N.等[55]在研究了溫度對(duì)氣泡電紡PVA和PVP納米纖維形態(tài)的影響后得出不同的結(jié)論：纖維的平均直徑隨溫度升高而減小。說(shuō)明電紡工藝不同，溫度對(duì)纖維形貌造成的影響也不同。

外加磁場(chǎng)在帶電射流中會(huì)產(chǎn)生2個(gè)安培力，安培力的方向總是與帶電射流的速度平行，從而導(dǎo)致射流圈拉直。隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增大，射流半徑逐漸變小，使得纖維直徑的均勻性提高。借此可以通過(guò)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制纖維直徑[56]。

3 靜電紡絲纖維對(duì)鈾的吸附分離

含鈾廢水具有放射性、高化學(xué)毒性、高含鹽量及高酸度等特點(diǎn)，必須要經(jīng)過(guò)有效處理才能排放到環(huán)境中。靜電紡絲纖維對(duì)含鈾廢水的吸附處理有優(yōu)異性能，可通過(guò)對(duì)合成的高分子纖維進(jìn)行改性、表面功能化以及與無(wú)機(jī)物或有機(jī)多孔芳香族骨架混合等方法制備纖維高分子吸附劑。

純高分子聚合物就可以直接電紡制備出用于吸附鈾的納米纖維。如將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)甲醇溶液和殼聚糖(CS)水溶液按適量配比混合制備成紡絲液，再將其電紡成PVP/CS混合纖維[57]，纖維表面存在大量極性基團(tuán)(如羰基)，可以與鈾離子形成內(nèi)球表面配合，對(duì)鈾的吸附量可達(dá)(167±25)mg/g。也可以用高分子聚合物作模板，再通過(guò)煅燒制備成無(wú)機(jī)物纖維。Ren B.等[58]將一定量非離子型表面活性劑P123加入到含硝酸鋁的水/乙醇混合溶液中，然后加入PVP增大溶液黏度，再將其電紡成納米纖維，最后將纖維在600 ℃空氣中煅燒3 h制備多孔氧化鋁(Al2O3)納米纖維。但這種纖維的吸附量不高，且吸附時(shí)間長(zhǎng)，在pH=5條件下，最大鈾吸附量為87 mg/g，平衡時(shí)間為6 h。與單純的聚合物納米纖維相比，無(wú)機(jī)物納米纖維的親水性和機(jī)械性能都不占優(yōu)勢(shì)，而且二者的吸附量與傳統(tǒng)的粉末吸附劑的吸附量還有很大差距，吸附性能有待提高。

高分子聚合物與傳統(tǒng)的粉末吸附劑混紡制備的混合納米纖維可以解決上述問(wèn)題。摻雜的粉末吸附劑不僅可以提高纖維的吸附量，也對(duì)纖維的機(jī)械性能有一定增強(qiáng)作用。?zcan等[59]將N-甲基葡糖胺螯合基團(tuán)修飾的杯芳烴(Calix-NMG)加入到聚丙烯腈(PAN)的DMF溶液中制備紡絲液，再電紡制備Calix-NMG/PAN納米纖維，其所摻雜的杯芳烴對(duì)鈾有很強(qiáng)的識(shí)別能力，可選擇性吸附鈾。Calix-NMG/PAN納米纖維有較高的比表面積、高孔隙率及優(yōu)秀的親水性和柔韌性，在pH=4.5條件下對(duì)水溶液中鈾的吸附率可達(dá)90%。Wang C.等[60]通過(guò)在電紡制備的鋅離子/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/聚丙烯腈納米纖維上原位生長(zhǎng)ZIF-8制備了ZIF-8/PAN納米纖維，其在pH=3.0的溶液中對(duì)鈾的吸附量達(dá)530.3 mg/g。而Zhang Z.等[61]先將ZIF-8與PAN共紡制備出ZIF-8@PAN納米纖維，再加入單寧酸(TA)蝕刻去除ZIF-8，最后將得到的纖維偕胺肟化，得到具有層狀多孔結(jié)構(gòu)的p-PAN-AO 纖維，其在25 ℃條件下對(duì)鈾的吸附量為412.28 mg/g，吸附效果與ZIF-8/PAN納米纖維相比略差。

對(duì)聚合物纖維進(jìn)行改性，引入對(duì)鈾具有選擇性吸附的官能團(tuán)，同樣可以提高纖維對(duì)鈾的吸附性能。Hu L.等[62]采用靜電紡絲技術(shù)初步制備了以聚苯乙烯(PS)為核、PAN為殼的聚苯乙烯-聚丙烯腈(PS@PAN)核-殼納米纖維，而后將PAN殼的氰基通過(guò)酰胺肟化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為酰胺肟基，得到具有表面活性的PS@PAN-肟。試驗(yàn)結(jié)果表明：同軸納米纖維具有較大的表面積和足夠的活性位點(diǎn)；吸附過(guò)程遵循偽二階動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir等溫吸附模型，吸附過(guò)程以化學(xué)吸附和單層吸附為主，最大鈾吸附量為127 mg/g。與Hu L.等[62]對(duì)已有纖維的改性方法不同，Satilmis等[63]將事先酰胺肟化的固有微孔性聚合物(PIM-1)加入DMF溶液中配制成紡絲液，成功電紡制備出酰胺肟功能化PIM-1纖維(AF-PIM-FM)。AF-PIM-FM是無(wú)珠、均勻的纖維，平均纖維直徑為(1.69±0.34)μm。與PIM-FM相比，酰胺肟改性使AF-PIM-FM對(duì)鈾的吸附能力提高了20倍，并且在纖維結(jié)構(gòu)無(wú)損傷條件下，可吸附—解吸循環(huán)使用。近年來(lái)，電紡納米纖維對(duì)鈾的吸附性能對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 電紡納米纖維對(duì)鈾的吸附性能對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

納米纖維具有高孔隙率、大比表面積和高表面能等優(yōu)點(diǎn)，是一種有前景的鈾吸附材料。采用靜電紡絲技術(shù)制備納米纖維是一種高效可行的選擇。近些年，靜電紡絲技術(shù)和納米纖維應(yīng)用研究都得到了快速發(fā)展，但還存在一些問(wèn)題有待進(jìn)一步研究解決。

1)電紡技術(shù)從單針發(fā)展到多針、無(wú)針，紡絲能耗降低，效率得到提升。但電紡過(guò)程易受環(huán)境因素影響，給納米纖維的精準(zhǔn)可控制備提出了難題，工業(yè)化靜電紡絲裝置仍存在產(chǎn)率低的問(wèn)題。

2)納米纖維在吸附分離領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是對(duì)鈾的吸附方面的應(yīng)用研究日益增多，但在提高鈾吸附量和循環(huán)使用性能方面仍有待進(jìn)一步研究。