DOI:10.3390/molecules25133081

铅等重金属污染会造成水资源污染，危害人类生命。研究人员已探索并利用了许多技术来克服这个问题，其中吸附技术是最常见的水处理策略。在这项研究中，通过对聚丙烯腈和西米木质素共混物的静电纺丝以及随后的热处理和酸处理，制备了直径约300 nm的碳纳米纤维、聚丙烯腈（PAN）/西米木质素（SL）碳纳米纤维（PAN/SL CNF）和PAN/SL活性碳纳米纤维（PAN/SL ACNF），并将其用作吸附剂以去除水溶液中的Pb（II）离子。在PAN/SL共混纤维中掺入可生物降解和可再生的SL可以制备出直径比PAN小的CNF，但保留CNF的结构。PAN/SL ACNF对Pb（II）离子的吸附量是PAN/SL CNF的三倍。去除率的提高归因于硝酸处理可形成表面氧化的官能团，从而促进Pb（II）离子的吸附。在吸附剂用量为40 mg、Pb（II）溶液为125 ppm、pH值为5、接触时间为240分钟的最佳吸附条件下，其最高去除率达67％，吸附量为524 mg/g。吸附数据符合Langmuir等温线和拟二级动力学模型，这表明吸附是单层的，并且受吸附位点的可用性支配。通过Langmuir等温线模型测定的吸附容量为588 mg/g，该研究表明PAN/SL ACNFs作为吸附剂去除水溶液中Pb（II）离子的潜力。

图1.聚丙烯腈（PAN）纳米纤维的SEM显微照片：（a）2.5％，（b）5％，（c）7.5％，以及（d）10％PAN溶液（放大5000倍）。

图2.SL、7.5％PAN和不同PAN:SL比例的PAN/SL纳米纤维之间的光谱比较。

图3.PAN/SL纳米纤维的SEM显微照片：（a）50:50，（b）60:40，（c）70:30，（d）80:20和（e）90:10。

图4.碳化的（a）PAN和（b）PAN/SL纳米纤维，稳定的（c）PAN和PAN/SL纳米纤维的FTIR光谱。

图5.（a）稳定后和（b）碳化后（放大5000倍）的PAN纳米纤维，（c）稳定后和（d）碳化后（放大10,000倍）的PAN/SL纳米纤维以及（e）PAN/SL活化CNF的SEM显微照片。

图6.（a）PAN/SL CNFs和（b）PAN/SL ACNFs的FTIR光谱。

图7.（a）PAN/SL CNFs和（b）PAN/SL ACNFs的N2吸附-解吸等温线。

图8.PAN/SL ACNFs的（a）C 1s、（b）O 1s和（c）N 1s光谱。

图9.PAN/SL CNFs和PAN/SL ACNFs的Pb（II）离子去除率。条件：[Pb（II）]=100mg/L，吸附剂剂量=25 mg，pH=5。

图10.接触时间对Pb（II）离子去除率的影响。条件：[Pb（II）]=100 mg/L，吸附剂剂量=40 mg，pH=5。

图11.吸附剂用量对去除率和吸附容量的影响。条件：[Pb（II）]=100 mg/L，pH=5，接触时间=120分钟。

图12.初始Pb（II）浓度对去除率的影响。条件：pH=5，吸附剂剂量=40 mg，接触时间=240分钟。

图13.pH对Pb（II）离子去除率的影响。条件：吸附剂剂量=40 mg，接触时间=240分钟，[Pb（II）]=125 mg/L。

图14.在不同的初始Pb（II）浓度下：（a）75、（b）100、（c）125、（d）150和（e）175 mg/L，Pb（II）离子在PAN/SL ACNFs上的颗粒内扩散图。条件：接触时间=240分钟，吸附剂剂量=40 mg，pH=5。