A series of nanoporous carbon (NC) materials were synthesized by direct carbonization of traditional metal organic frameworks (MOFs) including copper-based (HKUST-1), nickel-based (Ni-MOF), zinc-based (ZIF-8), zirconium-based (UiO-66) and iron-based (Fe-BTC) for the removal of Pb(II) from simulated waste water. The physical and chemical characteristics before and after adsorption were thoroughly investigated by Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR), X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and nitrogen adsorption/desorption analyses. The adsorption kinetics and isothermal thermodynamic properties and the effects of five central different cations on the removal of Pb(II) were compared. The adsorption kinetics were well described by the quasi-second-order model and the adsorption isotherm consistent with the Langmuir equation. The adsorption process of Pb (II) is feasible, spontaneous, endothermic and reusable on the five nanoporous carbons. Among them, Fe-BTC-NC showed the best adsorption performance for Pb (II), and the maximum adsorption capacity was 479.93 mg/g. This work highlights the applications of MOFs derived nanocarbon in heavy metal contaminated water treatment and offers a facile method for the design of novel nanocarbon materials.

In our previous work, organic-inorganic hybrid aerogels were successfully constructed utilizing graphene oxide (GO) sheets and halloysite nanotubes (HNTs), and interesting stress transfer behavior were found. Through preliminary experimental studies, we found that the movement of polymer molecules significantly affected the stress transfer behavior of aerogels. The mechanism might involve macroscopic and microscopic scales, which were difficult to be adequately studied by conventional experimental means. Therefore, this paper investigated the stress transfer behavior of hybrid aerogels utilizing finite element analysis (FEA) combined with molecular dynamics (MD) multi-scale simulation methods. The influence of the connection angles of GO and HNTs on the stress transfer ability was studied utilizing the FEA combined with theoretical formulas. The GO polymer pull-out systems were established by MD. The pull-out processes of polymethylmethacrylate (PMMA) and polysiloxane (PSO) were compared. The effect of oxygen-containing functional group coverage of GO on interface strength was studied. The results indicated that connection angles of 60° and 30° contributed more to the stress transfer between GO and HNTs under tensile and compression stress, respectively. The interfacial enhancement effect of the GO/polymer systems reached saturation when the coverage of oxygen-containing functional groups on the GO surface was 20 %. Si–O–Si agglomeration networks were formed by silane-modified GO and PSO, which possessed stronger interfacial strength.

The polymer-derived ceramics (PDCs) aerogels have been extensively employed in the field of high-temperature thermal insulation with unique nanoporous structures and excellent chemical stability. However, conventional ceramic aerogels were susceptible to structural collapse and volume shrinkage during the pyrolysis process, leading to strength degradation and reduced thermal insulation. In this article, an ordered curvature structure was fabricated to avoid the defects of inferior mechanical properties of composites caused by the shrinkage of ceramic precursor polymers during the pyrolysis process. The ceramic fiber aerogel composites with ordered curvature were obtained through off-center coaxial electrospinning combined with a ceramic precursor transformation. The effective load transfer along the axial direction of the helical fibers facilitated rapid stress dissipation in the ceramic fiber aerogel during pyrolysis, thereby preventing structural damage. The multilayered heterogeneous interfaces within the fibers imparted exceptional thermal insulation properties to the aerogels (0.0349 W/m·K). The unique load transfer mechanism and nanoporous structure endowed the aerogel with excellent mechanical properties, allowing it to exhibit significant structural stability under high-temperature reversible cycle compression. The excellent mechanical and thermal insulation properties of ceramic fiber aerogels render them a promising wide range of applications in high-temperature thermal protection systems.