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，吉林大學李響教授團隊報道了一種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(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，最大吸附容量可達460.83mg/g。中空Carbon@MnO2復合納米纖維具有較好的再生性能，經(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)濟和社會發(fā)展帶來嚴重負擔。納米吸附劑是近年發(fā)展起來的一種新型功能材料，由于尺寸的微細化和結構特性賦予其許多優(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)定性導致其在應用中極易出現(xiàn)團聚結塊，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/金屬氧化物復合納米纖維吸附劑其表面存在含氧官能團并且具有優(yōu)異的化學和熱穩(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)展了具有中空結構的碳/金屬氧化物復合纖維的制備技術，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(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。