一、铵污染与吸附技术的挑战

铵离子（NH₄⁺）作为氮循环中的关键组分，广泛存在于自然水体与工业废水中。然而，过量铵离子对生态系统和生物健康的毒性效应日益受到关注。例如，水体中高浓度铵可导致鱼类神经系统损伤，而植物铵毒害现象也限制了农业可持续发展。传统吸附剂如沸石和活性炭虽能部分去除铵离子，但受限于低选择性和吸附容量。

近年来，钠钴六氰基铁酸盐（NaCoHCF）因其对铵的高吸附容量和选择性成为研究热点。将 NaCoHCF 与基底结合制成过滤器，相比直接使用粉末形式，具有防止粉末泄漏、增强可重复使用性和多功能性等优势。而静电纺丝纳米纤维因具有极细的纤维直径和高比表面积，有利于铵吸附，被选作NaCoHCF的载体。此前研究发现，微米级 NaCoHCF 颗粒会与多根纳米纤维缠绕，若能将纳米级 NaCoHCF 嵌入单根纳米纤维，有望实现更高效的吸附。

二：研究目的和摘要

本文系统阐述了通过纳米化技术显著提升六氰基铁酸钴钠（NaCoHCF）铵吸附性能的研究进展。通过微流控合成纳米级NaCoHCF并结合静电纺丝技术制备复合纳米纤维，实现了吸附容量的三倍提升。文章详细解析了纳米颗粒尺寸对吸附效率的影响机制，并探讨了该技术在环境治理与生物医学领域的应用前景。

三：纳米化技术的突破

（1）制备微米和纳米级的 NaCoHCF

本研究采用两种不同的合成方法制备微米级NaCoHCF（micro-NaCoHCF）和纳米级NaCoHCF（nano-NaCoHCF）。在制备micro-NaCoHCF时，是将Na4[Fe(CN)6]⋅10H2O和Co(NO3)2⋅6H2O的水溶液在烧杯中搅拌混合，随后对得到的颗粒分散液进行冷冻干燥。而制备nano-NaCoHCF则是在 Y 形微通道中混合两种水溶液，在混合过程中形成颗粒，之后对所得分散液冷冻干燥。在这种合成方法中，两种溶液碰撞时产生的湍流能促进成核并抑制颗粒生长，从而实现纳米颗粒的合成。（Fig 1）

DLS 测量结果显示（Fig 2a、b），micro-NaCoHCF的平均粒径为 4473.2nm，nano-NaCoHCF的平均粒径为45.9nm，nano-NaCoHCF的粒径约为micro-NaCoHCF的 1/100，且 nano-NaCoHCF的多分散指数（PDI）更低，表明其颗粒呈单分散状态。这主要是因为微通道中两种溶液混合时的湍流形成了多个局部过饱和区域，促进了成核，消耗了大量溶质，抑制了颗粒生长。

SEM 图像（Fig 2c - f）证实了 nano-NaCoHCF 的粒径小于 micro-NaCoHCF，但 SEM 观察到的 nano-NaCoHCF 粒径约为 200nm，大于 DLS 测量结果，这可能是由于在制备 SEM 样品时 nano-NaCoHCF 分散液干燥过程中发生了颗粒聚集，并且 SEM 分辨率有限，难以准确观察其形态。TEM 图像则显示存在约 100nm 的颗粒，且颗粒具有立方结构。

（2）静电纺丝技术将NaCoHCF纳入纳米纤维

通过静电纺丝技术，把合成的微米级NaCoHCF和nano-NaCoHCF分别纳入聚乙烯醇缩甲醛（EVOH）纳米纤维中。SEM图像显示，微米级NaCoHCF颗粒仅附着于纤维表面，而纳米级颗粒成功内嵌于纤维内部（Fig 3）。

SEM 图像（Fig 3a、b）显示，在 EVOH/micro-NaCoHCF 纳米纤维中，可观察到直径约 20 - 50μm 的内含物，推测为 micro-NaCoHCF，且这些颗粒存在于纳米纤维片上，被一层薄聚合物层覆盖，并未嵌入纳米纤维内部。而在 EVOH/nano-NaCoHCF 纳米纤维中，没有明显的内含物。TEM 成像（Fig 3c）和 EDX 元素分析进一步证实了 nano-NaCoHCF 成功嵌入纳米纤维中，因为在纳米纤维内观察到内含物，且检测到Fe和Co原子，而 EVOH中只含碳和氧原子。

（3）铵吸附性能显著提升

吸附测试结果（Fig 4）表明，单独的 EVOH 纳米纤维没有铵吸附能力。而 EVOH/micro-NaCoHCF 和 EVOH/nano-NaCoHCF 纳米纤维的铵吸附量均随时间增加，测试 2 小时后，铵吸附量分别为38.1 mgg−1和 126.8 mgg−1，nano-NaCoHCF 的吸附性能是 micro-NaCoHCF 的三倍多。这得益于nano-NaCoHCF 更高的比表面积，使其能够更充分地利用吸附位点，而micro-NaCoHCF 可能只有表面吸附位点被利用，内部吸附位点利用效率较低。

四、应用潜力

环境治理领域：该材料可作为废水处理的高效铵吸附过滤器，尤其适用于高盐度或复杂水质条件。

生物医学潜力：纳米纤维的柔性结构适配血液净化装置，有望用于治疗高氨血症等代谢疾病。

规模化制备可行性：微流控合成与静电纺丝技术的兼容性为工业化生产提供了技术路径。

五：研究结论

本研究成功合成了约 50nm 的nano-NaCoHCF颗粒，并将其纳入纳米纤维中。这使得纳米纤维中NaCoHCF 的铵吸附性能显著提升，吸附容量达到微米颗粒的三倍以上，超过了常用的铵吸附剂，如沸石（约 8 - 50 mgg−1 ）和生物炭（约 5 - 43 mgg−1 ），展现出良好的实际吸附性能。而且，由于 NaCoHCF 嵌入纳米纤维中，可将泄漏风险降至最低，使其成为极具潜力的铵吸附过滤材料。

此外，该研究成果不仅适用于NaCoHCF，还对众多吸附剂材料具有参考价值，为静电纺纳米纤维/无机杂化材料的进一步发展提供了方向。未来，有望基于此研究，开发出更多高效、稳定的吸附材料，以应对环境中铵污染等问题，推动相关领域的发展。

文章来源： DOI: 10.1039/d5cc00625b