一、研究背景

水中微量存在锌、锰、钴、铜、铁等重金属和类金属，可能妨碍生物活动，对健康造成危害，并增加水的密度和毒性。对人体来说，有几种必需的重金属是必需的，如镁，铅，汞，砷，铬等，但如果过量存在，它会导致各种类型的疾病，如记忆障碍等神经系统疾病，行为改变，它也会影响神经系统以及引起各种类型的癌症，如皮肤，肺，膀胱，肝脏和肾脏损伤。如果氟化物过量存在，它会导致牙齿和骨骼氟中毒。对于孕妇来说，它可能会导致流产，也可能会生下不正常的婴儿。

选择静电纺丝设备合成金属氧化物基吸附材料，是因为其制备的纳米纤维具有高表面积体积比和可控孔隙率，提高了吸附效率。这是一种多用途的技术，可以从广泛的材料中生产纳米纤维，包括聚合物、陶瓷和复合材料。这种方法使用电场从聚合物溶液或熔体中提取纤维，从而产生直径从纳米到微米不等的精细连续纤维。该技术可以精确控制纤维直径、形态和均匀性，从而优化吸附性能。静电纺纳米纤维还表现出优异的机械强度和柔韧性，使其适用于各种过滤应用。这是一种制造金属氧化物基纳米复合材料的强大方法，具有可控的性能，使其适用于广泛的先进技术应用。它能够从各种各样的材料中生产纳米纤维。它产生的纤维具有高表面积体积比，有利于催化和过滤等应用。它允许通过调整工艺参数来控制纤维直径、对准和孔隙度。它有助于生产用于电池和超级电容器的纳米纤维电极，提高电荷存储能力。这种方法也有助于生物医学应用，如伤口敷料，药物输送，组织工程。它既适合实验室规模的研究，也适合工业规模的生产。此外，静电纺丝是一种通用且可扩展的工艺，可以加入不同的金属氧化物并创建复合材料，以有效地针对特定污染物。

综述了电纺金属氧化物基复合纳米纤维在去除水中有机和无机污染物方面的应用。这些纳米纤维采用金属氧化物纳米颗粒或其复合材料来增强其吸附性能。影响其有效性的关键因素包括其高表面积体积比、可调节的孔隙结构和表面功能化能力。研究强调了这些纳米纤维对各种污染物的显著吸附能力，如重金属、染料、药物和水源中常见的有机污染物。吸附机制涉及污染物与纳米纤维表面之间的物理相互作用（如范德华力、氢键）和化学相互作用（如配位、离子交换）。综述了纳米纤维形态、组成、合成方法等参数对吸附性能的影响。它还探讨了可扩展制造技术的进步以及将这些材料整合到实际水处理应用中的潜力。

在电纺丝金属氧化物基复合纳米纤维去除污染物的研究中，还存在一些关键的空白。目前的研究缺乏对特定有机和无机污染物的静电纺丝参数的优化，限制了吸附效率。此外，使用过的纳米纤维的长期稳定性、可重复使用性和对环境的影响还没有得到充分的研究。金属氧化物与复合材料之间的协同效应有待进一步研究，以提高其吸附性能。此外，在实际水处理应用中扩大静电纺丝仍然是一个挑战，很少有研究在保持性能效率的同时解决成本效益、大规模实施的问题。

总的来说，综合分析强调了电纺金属氧化物基复合纳米纤维作为解决水污染挑战的高效通用材料的潜力，强调了它们在推进水净化和环境修复的可持续解决方案中的作用。

二、摘要

静电纺金属氧化物基复合纳米纤维是一种很有前途的吸附去除水中有机和无机污染物的解决方案。本文综述了这些纳米纤维的制备技术、形态特征和功能特性，重点介绍了它们在废水处理中的应用。静电纺金属氧化物基复合纳米纤维的形貌受溶液粘度、聚合物浓度、外加电压和流速等关键参数的影响。这些因素会影响纤维直径、比表面积和孔隙度，这对优化吸附效率至关重要。本文综述了静电纺丝设备制备金属氧化物基复合纳米纤维的研究进展。此外，还阐述了不同污染物的吸附机理，包括有机染料、药物分子、重金属和新出现的污染物。静电纺金属氧化物基复合纳米纤维在废水处理中具有吸附去除污染物的潜力。然而，挑战依然存在，包括形态不一致、对成分协同作用的理解有限、长期性能数据不足、可扩展性问题以及环境影响评估不足。解决这些差距对于优化其实际应用至关重要。

三、结论

综上所述，电纺丝金属氧化物基复合纳米纤维是一种很有前途的吸附去除水中污染物的方法。主要发现包括：

•增强的吸附：定制纳米纤维结构和成分的能力显著提高了它们对多种污染物的吸附效率，包括有机染料、药物和重金属。

•参数的影响：静电纺丝参数，如溶液粘度、聚合物浓度、施加电压和流速等，对纳米纤维的形貌、直径、表面积和孔隙度有重要影响，这些对优化吸附性能至关重要。

•机理观察：了解复合纳米纤维的吸附机理有助于更好地设计和功能化复合纳米纤维，提高其在环境修复中的有效性。

•未来的挑战：该技术面临着局限性，包括生产无机纳米纤维的困难和聚合物的有限选择，这对可扩展性和商业应用构成了挑战。

•未来发展方向：为了满足日益增长的对清洁水资源的需求，需要进一步研究提高这些纳米纤维的性能、可扩展性和成本效益。解决这些挑战对于推进它们在水处理中的实际应用至关重要。

图1.简单静电纺丝装置示意图，以及环境、溶液和静电纺丝变量。

图2.(a)单针静电纺丝工艺；(b) PAN/GO/Fe3O4的TEM图像；(c) PAN/Fe3O4的SEM图像。

图3.(a)无针静电纺丝工艺和各种类型的收集器；(b) Fe2O3/PEO的SEM图像。