中空結(jié)構(gòu)的Carbon@MnO2靜電紡納米纖維材料

    制備具有中空結(jié)構(gòu)的Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維吸附劑的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水中Pb2+污染物去除。該方法是將靜電紡PAN納米纖維膜預(yù)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(yīng)在纖維表面原位生長(zhǎng)MnO2納米片，得到了中空結(jié)構(gòu)的Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維。

    具有中空結(jié)構(gòu)的Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維對(duì)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(dá)460.83mg/g。中空Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維具有較好的再生性能，經(jīng)過(guò)5次吸附-脫附循環(huán)后，去除率扔為81.47%。

     將靜電紡 PAN 纖維膜經(jīng)預(yù)氧化和碳化過(guò)程，得到的碳納米纖維膜與KMnO4溶液進(jìn)行水熱反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)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(yīng)的消耗形成中空結(jié)構(gòu)，隨著水熱反應(yīng)逐步進(jìn)行MnO2納米片均勻覆著在具有空心結(jié)構(gòu)的碳納米纖維表面。中空Carbon@MnO2復(fù)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(jié)構(gòu)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(diǎn)。經(jīng)過(guò)pH選擇吸附實(shí)驗(yàn)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(shí)MnO2和碳纖維表面存在的含氧官能團(tuán)脫質(zhì)子，與Pb2+離子進(jìn)行交換反應(yīng)。中空纖維對(duì)Pb2+離子的吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，通過(guò) Langmuir 等溫吸附模型求得中空Carbon@MnO2納米纖維對(duì)Pb2+離子的較大吸附容量為460.83 mg/g。

       競(jìng)爭(zhēng)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在有Pb2+、Cu2+和Cd2+離子共存的體系中，中空纖維對(duì)Pb2+離子的吸附量有少量下降，對(duì)Cu2+和Cd2+離子僅有極少的吸附。說(shuō)明Carbon@MnO2中空纖維對(duì)Pb2+具有較好的選擇吸附性能。進(jìn)一步研究離子強(qiáng)度對(duì)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(qiáng)度的增加，中空Carbon@MnO2纖維對(duì) Pb2+離子的吸附容量逐漸降低。當(dāng) Na+的濃度達(dá)到0.1 mol/L時(shí)，纖維對(duì)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(qiáng)的離子濃度下中空Carbon@MnO2纖維對(duì)Pb2+離子依然能保持很好的吸附容量，說(shuō)明制備的中空納米纖維對(duì)Pb2+離子吸附具有選擇性和強(qiáng)的抗干擾能力。中空Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維具有較好的再生性能，經(jīng)過(guò)5次吸附-脫附循環(huán)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(fù)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(guò)程中易聚集和難從水中分離的問(wèn)題。

   結(jié)果表明，中空Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維的比表面積明顯增大，達(dá)到247.69m2/g，明顯高于碳納米纖維。所制備的中空Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維對(duì)Pb2+具有良好的吸附性能。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)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(huán)再生性能。

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小編：wyf 07.27