本课题制备了一种基于静电纺纳米纤维的碳气凝胶,并将其应用于废水中重金属离子的吸附。首先将纺丝液进行静电纺丝,通过水浴接收纳米纤维,并转移至模具中进行冷冻干燥,最终获得具有三维立体结构的聚丙烯腈(PAN)/石墨烯纳米纤维气凝胶。探究了不同浓度的PAN和石墨烯对制成的纳米纤维气凝胶的影响。结果表明,随着PAN浓度的增加,纤维直径随之增大;石墨烯的加入增强了纺丝液的导电性,从而减小了纤维直径,同时石墨烯的浓度越大,其在纤维中的团聚现象越明显,使气凝胶的机械稳定性受到影响。比较发现在10 wt%PAN以及0.5 wt%石墨烯浓度下获得的气凝胶各项性能最优。再对制得的PAN(10%)/石墨烯(0.5%)气凝胶进行三种不同工艺的碳化处理,获得三种碳纳米纤维气凝胶(CNFA-1、CNFA-2、CNFA-3),并对其进行分析比较。结果表明,三种碳化工艺皆成功制得CNFAs,其中CNFA-2的碳纤维直径最小,且大小均匀、纤维连续,碳纤维的粘结现象最少;三种CNFAs皆存在碳结构缺陷,属于典型的无定型碳,CNFA-2的碳化程度最低,碳结构内部的缺陷度最大;XPS测试结果表明,CNFA-2具有最低的含碳量,碳原子的主要存在形式为C-C,C-OH,C=O。因CNFA-2具有更多的活性基团,选定其作为最终样品应用于吸附Pb2+。探究了单因素对CNFAs吸附Pb2+的影响,并对吸附数据进行吸附动力学以及吸附等温线拟合,探究其吸附机理。结果表明,CNFAs对Pb2+的吸附量与pH、接触时间以及初始浓度呈正相关,与CNFAs的用量呈负相关;CNFAs吸附Pb2+的动力学实验数据遵循准二级动力学模型,说明整个吸附过程主要涉及共价电子或离子交换的化学吸附,且实验吸附平衡量通过Langmuir等温线模型很好地拟合;在相同条件下,CNFAs对不同重金属离子的吸附量大小为Pb2+>Cu2+>Cd2+>Co2+>Cr3+。