中空结构的Carbon@MnO2静电纺纳米纤维材料
制备具有中空结构的Carbon@MnO2复合纳米纤维吸附剂的方法,实现了对水中Pb2+污染物去除。该方法是将静电纺PAN纳米纤维膜预氧化和碳化后得到的碳纳米纤维作为还原剂和模板,利用水热反应在纤维表面原位生长MnO2纳米片,得到了中空结构的Carbon@MnO2复合纳米纤维。
具有中空结构的Carbon@MnO2复合纳米纤维对Pb2+的吸附能力明显高于碳纳米纤维和MnO2/PDA/PAN纳米纤维,较大吸附容量可达460.83mg/g。中空Carbon@MnO2复合纳米纤维具有较好的再生性能,经过5次吸附-脱附循环后,去除率扔为81.47%。
将静电纺 PAN 纤维膜经预氧化和碳化过程,得到的碳纳米纤维膜与KMnO4溶液进行水热反应,在反应过程中部分碳纤维作为还原剂将MnO4-还原成MnO2,碳纳米纤维由于氧化还原反应的消耗形成中空结构,随着水热反应逐步进行MnO2纳米片均匀覆着在具有空心结构的碳纳米纤维表面。中空Carbon@MnO2复合纳米纤维的比表面积为247.69 m2/g,平均孔径和孔容分别为 3.79 nm 和 0.57 cm3/g,高于碳纳米纤维膜的比表面积和孔容。由于中空结构的Carbon@MnO2纳米纤维具有更大的比表面积和孔容,因此可以为污染物的吸附提供更多的活性位点。经过pH选择吸附实验确定pH=6为较佳吸附条件,随着溶液pH值的增大,Pb2+的吸附容量逐渐变大,此时MnO2和碳纤维表面存在的含氧官能团脱质子,与Pb2+离子进行交换反应。中空纤维对Pb2+离子的吸附过程符合准二级动力学方程,通过 Langmuir 等温吸附模型求得中空Carbon@MnO2纳米纤维对Pb2+离子的较大吸附容量为460.83 mg/g。
竞争吸附实验结果显示在有Pb2+、Cu2+和Cd2+离子共存的体系中,中空纤维对Pb2+离子的吸附量有少量下降,对Cu2+和Cd2+离子仅有极少的吸附。说明Carbon@MnO2中空纤维对Pb2+具有较好的选择吸附性能。进一步研究离子强度对吸附容量的影响,改变加入溶液中NaNO3浓度(0-0.1 mol/L),随着离子强度的增加,中空Carbon@MnO2纤维对 Pb2+离子的吸附容量逐渐降低。当 Na+的浓度达到0.1 mol/L时,纤维对Pb2+离子的吸附容量依然保持没有共存体系的80%。在共存重金属离子和强的离子浓度下中空Carbon@MnO2纤维对Pb2+离子依然能保持很好的吸附容量,说明制备的中空纳米纤维对Pb2+离子吸附具有选择性和强的抗干扰能力。中空Carbon@MnO2复合纳米纤维具有较好的再生性能,经过5次吸附-脱附循环后,去除率扔为81.47%。此外,5次再生后吸附剂依然保持良好的纤维膜形貌。
利用电纺纳米纤维作为支撑模板,制备碳/金属氧化物复合纤维吸附剂改善了纳米尺寸的金属氧化物吸附剂在吸附过程中易聚集和难从水中分离的问题。
结果表明,中空Carbon@MnO2复合纳米纤维的比表面积明显增大,达到247.69m2/g,明显高于碳纳米纤维。所制备的中空Carbon@MnO2复合纳米纤维对Pb2+具有良好的吸附性能。吸附过程符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型,较大吸附容量为460.83 mg/g。中空Carbon@MnO2纳米纤维具有**的选择性和循环再生性能。
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小编:wyf 07.27