静电纺丝聚丙烯腈-丙烯腈丁二烯苯乙烯（PAN-ABS）纳米纤维负载氧化铜纳米颗粒：一种高效燃料脱硫吸附剂

本文报道了一种新型静电纺丝PAN-ABS/CuO NPs纳米纤维吸附剂，通过XRD、FTIR、SEM和BET表征证实其成功负载CuO NPs（2 wt%），对二苯并噻吩（DBT）展现出29.6 mg S/g的高吸附容量（较纯PAN-ABS提升97%）。该材料在33°C、200 rpm条件下经20分钟可实现95% DBT去除率，遵循伪二级动力学模型（R2=0.993），Langmuir等温线（R2=0.988）表明单层化学吸附占主导。经5次再生循环后仍保持90%以上吸附效率，为燃料脱硫提供了经济高效的解决方案。

　　

静电纺丝技术制备的纳米纤维材料因其高比表面积、纳米级孔径和高孔隙率等特性，在环境修复领域展现出巨大潜力。本研究创新性地将聚丙烯腈（PAN）和丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）共混，通过静电纺丝技术制备复合纳米纤维，并负载氧化铜纳米颗粒（CuO NPs），开发出一种高效燃料脱硫吸附剂。

材料制备与表征

采用化学还原法成功制备了平均粒径160±3 nm的CuO NPs，XRD分析显示其具有标准铜铁矿结构（JCPDS No. 80-1917），在2θ=29.98°、37.10°、42.60°等处出现特征衍射峰。通过优化静电纺丝参数（电压12.5 kV，流速0.2 mL/h，针尖-收集器距离15 cm），获得了直径394±6 nm的PAN-ABS/CuO复合纳米纤维。SEM观察显示CuO NPs均匀分布在纤维表面，BET测试表明其比表面积达9.4±0.2 m²/g，较纯PAN-ABS纤维提升52%。

吸附性能研究

以二苯并噻吩（DBT）为模型硫化合物，系统考察了吸附条件的影响。在最佳条件（33°C，200 rpm）下，该吸附剂对350 ppm DBT溶液的去除率高达95%，最大吸附容量达29.6 mg S/g。动力学研究表明吸附过程符合伪二级动力学模型（R²=0.993），表明化学吸附占主导地位。等温线拟合显示Langmuir模型（R²=0.988）优于Freundlich模型，暗示单层吸附机制。FTIR分析发现2347 cm^-1处新出现的S-CuO键振动峰，证实了DBT与CuO之间的化学相互作用。

机理分析与比较

热力学参数计算显示ΔG°=-18.7 kJ/mol，ΔH°=-28.4 kJ/mol，证实吸附为自发放热过程。与常见吸附剂相比，PAN-ABS/CuO表现出显著优势：其吸附容量是活性炭-氧化锰纳米复合物（11.4 mg S/g）的2.6倍，MgAl-MMO（5.71 mg S/g）的5.2倍。这种优异性能源于：1）CuO NPs与DBT的强相互作用；2）PAN-ABS纤维的三维网络结构提供丰富吸附位点；3）ABS的引入改善了纤维机械性能和CuO分散性。

再生与应用前景

开发的三步再生方案（NaOH/乙醇洗涤→120°C氮气热处理→H₂O₂活化）可使材料经5次循环后仍保持90%以上吸附效率，铜溶出量<5 ppm。该技术采用廉价原料（ABS、PAN、Cu(NO₃)₂）和可放大的静电纺丝工艺，相比金属有机框架（MOFs）等材料更具工业化潜力，为满足日益严格的燃料硫含量标准（如欧VI标准要求汽油硫含量<10 ppm）提供了新思路。

这项研究不仅开发了一种高效燃料脱硫材料，也为功能性纳米纤维的设计提供了重要参考，在环境治理和能源清洁化领域具有广阔应用前景。