納米碳纖維獨特的物理化學性質使其在水處理領域展現出優異性能。其水處理過濾工作原理基于吸附、催化氧化和膜過濾三種機制協同作用 。

納米碳纖維具有很高的比表面積，每克材料可達幾百至上千平方米的比表面積，提供大量吸附位點。表面存在豐富的官能團，如羥基、羧基等，這些官能團增強了對水中污染物的親和力。水中有機污染物、重金屬離子等通過范德華力、靜電作用和化學鍵合等方式被吸附到納米碳纖維表面。以重金屬離子為例，其與納米碳纖維表面官能團發生絡合反應，形成穩定的絡合物，從而實現從水中去除。

納米碳纖維可作為催化劑或催化劑載體參與催化氧化反應。其良好的導電性和獨特的電子結構，能夠促進電子轉移，加速催化反應進程。在芬頓反應體系中，負載鐵基催化劑的納米碳纖維，可促使過氧化氫分解產生大量具有強氧化性的羥基自由基，這些自由基能無選擇性地將水中難降解有機物氧化分解為二氧化碳和水，顯著提升水處理效率。

將納米碳纖維制成濾膜用于膜過濾時，其納米級的纖維直徑和孔隙結構發揮關鍵作用。納米纖維相互交織形成三維網狀結構，構建出豐富的微孔通道。這些微孔可截留水中懸浮物、膠體顆粒等污染物，根據纖維排列和孔隙調控，實現對不同粒徑污染物的過濾 。同時，納米纖維濾膜具有較高的孔隙率，保障水流暢通，降低過濾阻力，維持有效的水通量。

三種作用機制相互配合，納米碳纖維從吸附去除污染物，到催化氧化分解難降解物質，再通過膜過濾實現固液分離，在水處理過濾中形成完整的凈化流程，為水質改善提供有效解決方案。