開發(fā)重金屬離子高效吸附劑，對水環(huán)境污染治理具有重要意義。最近，吉林大學(xué)李響教授團(tuán)隊報道了一種制備具有中空結(jié)構(gòu)的Carbon@MnO2復(fù)合納米纖維吸附劑的方法，實現(xiàn)了對水中Pb2+污染物的高效去除。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Pb2+的吸附能力明顯高于碳納米纖維和MnO2/PDA/PAN納米纖維，最大吸附容量可達(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5次吸附-脫附循環(huán)后，去除率扔為81.47%。此外，中空納米纖維對實際廢水中Pb2+的去除率可達(dá)94.37%。表明，Carbon@MnO2中空納米纖維在實際廢水處理中具有潛在的應(yīng)用前景。

重金屬污染事件頻發(fā)，對人類及其他生物的生存造成嚴(yán)重危害，因此如何高效凈化重金屬污染的水體已經(jīng)成為人類刻不容緩解決的環(huán)境問題。全球每年有高達(dá)百萬噸的有毒重金屬排放到環(huán)境中，其中鉛的排放量最大。全世界每年用于處理污水消耗的能源巨大，給經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展帶來嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。納米吸附劑是近年發(fā)展起來的一種新型功能材料，由于尺寸的微細(xì)化和結(jié)構(gòu)特性賦予其許多優(yōu)于傳統(tǒng)材料的性能。金屬氧化物納米吸附劑由于小尺寸效應(yīng)和大比表面積使這些金屬氧化物在吸附水中污染物方面展現(xiàn)了較好的選擇吸附性能，但是由于缺乏穩(wěn)定性導(dǎo)致其在應(yīng)用中極易出現(xiàn)團(tuán)聚結(jié)塊，并且不易分離，這使得金屬氧化物吸附劑的吸附能力和選擇性大大下降。與之相比，碳/金屬氧化物復(fù)合納米纖維吸附劑其表面存在含氧官能團(tuán)并且具有優(yōu)異的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，因此在水中重金屬污染物吸附移除方面展現(xiàn)出了優(yōu)異的吸附能力。

本文發(fā)展了具有中空結(jié)構(gòu)的碳/金屬氧化物復(fù)合纖維的制備技術(shù)，實現(xiàn)了中空Carbon@MnO2納米纖維高效吸附劑的可控制備。將靜電紡 PAN 纖維膜經(jīng)預(yù)氧化和碳化過程，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。經(jīng)過pH選擇吸附實驗確定pH=6為最佳吸附條件，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(tuán)脫質(zhì)子，與Pb2+離子進(jìn)行交換反應(yīng)。中空纖維對Pb2+離子的吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程，通過 Langmuir 等溫吸附模型求得中空Carbon@MnO2納米纖維對Pb2+離子的最大吸附容量為460.83 mg/g，高于目前報道的同類吸附劑材料。