[发明专利]一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维的制备方法及其应用

权利要求书

1.一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：以柔性的电纺碳纳米纤维膜为前驱体模板，通过水热反应过程将柔性的碳纳米纤维膜转变为具有中空结构的碳/二氧化锰纳米纤维膜；具体步骤如下：

（1）将选用的聚合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺中搅拌或加热至完全溶解，配置质量分数为8~12 wt%的聚合物溶液；

（2）将步骤（1）配好的静电纺丝液放入纺丝设备的喷丝管中进行静电纺丝从而获得聚合物纳米纤维膜；

（3）将步骤（2）得到的有机高分子纤维膜经预氧化和炭化过程，得到柔性碳纳米纤维膜；预氧化温度从室温开始以1~5 ^oC/min的升温速率升到240~300 ^oC，保持2 h以达到预氧化的目的；炭化在马弗炉中进行，在氮气氛围中，以1~3 ^oC/min的速率升到400~600 ^oC，再以3~8 ^oC/min的升温速率到达800~1200 ^oC，煅烧2~6 h，以获得机械性能良好的碳纳米纤维；

（4）将0.02~0.1 g步骤（3）得到的柔性碳纳米纤维膜置于50 mL 1~5 mmol KMnO₄溶液中至纤维膜完全浸泡后，将混合溶液至于密闭水热反应釜中，在70~160 ^oC下水热反应4~8 h，将得到的产物用水和乙醇反复洗涤，在真空烘箱中干燥，最后得到具有中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜。

2.根据权利要求1所述一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的聚合物为聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮或聚苯乙烯中的一种。

3.根据权利要求1所述一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中喷丝管的管头内径是0.5~2 mm，电纺丝设备的工作电压为15~30kV，以铝套为阳极，以铝箔为阴极，两极间的距离10~30 cm。

4.根据权利要求1所述一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法，其特征在于：所述中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜，纤维平均直径为300~600 nm。

5.根据权利要求1所述一种中空结构的碳/二氧化锰复合纳米纤维膜的制备方法得到的纳米纤维膜的应用，其特征在于：碳/二氧化锰复合纳米纤维膜能有效去除废水中的Cu²⁺、Pb²⁺及Cd²⁺，且纤维膜可重复利用，离子去除率可达89.6~98.5%。