中空結構的Carbon@MnO2靜電紡納米纖維材料

    制備具有中空結構的Carbon@MnO2復合納米纖維吸附劑的方法，實現了對水中Pb2+污染物去除。該方法是將靜電紡PAN納米纖維膜預氧化和碳化后得到的碳納米纖維作為還原劑和模板，利用水熱反應在纖維表面原位生長MnO2納米片，得到了中空結構的Carbon@MnO2復合納米纖維。

    具有中空結構的Carbon@MnO2復合納米纖維對Pb2+的吸附能力明顯高于碳納米纖維和MnO2/PDA/PAN納米纖維，較大吸附容量可達460.83mg/g。中空Carbon@MnO2復合納米纖維具有較好的再生性能，經過5次吸附-脫附循環后，去除率扔為81.47%。

     將靜電紡 PAN 纖維膜經預氧化和碳化過程，得到的碳納米纖維膜與KMnO4溶液進行水熱反應，在反應過程中部分碳纖維作為還原劑將MnO4-還原成MnO2，碳納米纖維由于氧化還原反應的消耗形成中空結構，隨著水熱反應逐步進行MnO2納米片均勻覆著在具有空心結構的碳納米纖維表面。中空Carbon@MnO2復合納米纖維的比表面積為247.69 m2/g，平均孔徑和孔容分別為 3.79 nm 和 0.57 cm3/g，高于碳納米纖維膜的比表面積和孔容。由于中空結構的Carbon@MnO2納米纖維具有更大的比表面積和孔容，因此可以為污染物的吸附提供更多的活性位點。經過pH選擇吸附實驗確定pH=6為較佳吸附條件，隨著溶液pH值的增大，Pb2+的吸附容量逐漸變大，此時MnO2和碳纖維表面存在的含氧官能團脫質子，與Pb2+離子進行交換反應。中空纖維對Pb2+離子的吸附過程符合準二級動力學方程，通過 Langmuir 等溫吸附模型求得中空Carbon@MnO2納米纖維對Pb2+離子的較大吸附容量為460.83 mg/g。

       競爭吸附實驗結果顯示在有Pb2+、Cu2+和Cd2+離子共存的體系中，中空纖維對Pb2+離子的吸附量有少量下降，對Cu2+和Cd2+離子僅有極少的吸附。說明Carbon@MnO2中空纖維對Pb2+具有較好的選擇吸附性能。進一步研究離子強度對吸附容量的影響，改變加入溶液中NaNO3濃度（0-0.1 mol/L），隨著離子強度的增加，中空Carbon@MnO2纖維對 Pb2+離子的吸附容量逐漸降低。當 Na+的濃度達到0.1 mol/L時，纖維對Pb2+離子的吸附容量依然保持沒有共存體系的80%。在共存重金屬離子和強的離子濃度下中空Carbon@MnO2纖維對Pb2+離子依然能保持很好的吸附容量，說明制備的中空納米纖維對Pb2+離子吸附具有選擇性和強的抗干擾能力。中空Carbon@MnO2復合納米纖維具有較好的再生性能，經過5次吸附-脫附循環后，去除率扔為81.47%。此外，5次再生后吸附劑依然保持良好的纖維膜形貌。

    利用電紡納米纖維作為支撐模板，制備碳/金屬氧化物復合纖維吸附劑改善了納米尺寸的金屬氧化物吸附劑在吸附過程中易聚集和難從水中分離的問題。

   結果表明，中空Carbon@MnO2復合納米纖維的比表面積明顯增大，達到247.69m2/g，明顯高于碳納米纖維。所制備的中空Carbon@MnO2復合納米纖維對Pb2+具有良好的吸附性能。吸附過程符合準二級動力學方程和Langmuir等溫吸附模型，較大吸附容量為460.83 mg/g。中空Carbon@MnO2納米纖維具有**的選擇性和循環再生性能。

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小編：wyf 07.27