纳米碳纤维独特的物理化学性质使其在水处理领域展现出优异性能。其水处理过滤工作原理基于吸附、催化氧化和膜过滤三种机制协同作用 。

纳米碳纤维具有很高的比表面积，每克材料可达几百至上千平方米的比表面积，提供大量吸附位点。表面存在丰富的官能团，如羟基、羧基等，这些官能团增强了对水中污染物的亲和力。水中有机污染物、重金属离子等通过范德华力、静电作用和化学键合等方式被吸附到纳米碳纤维表面。以重金属离子为例，其与纳米碳纤维表面官能团发生络合反应，形成稳定的络合物，从而实现从水中去除。

纳米碳纤维可作为催化剂或催化剂载体参与催化氧化反应。其良好的导电性和独特的电子结构，能够促进电子转移，加速催化反应进程。在芬顿反应体系中，负载铁基催化剂的纳米碳纤维，可促使过氧化氢分解产生大量具有强氧化性的羟基自由基，这些自由基能无选择性地将水中难降解有机物氧化分解为二氧化碳和水，显著提升水处理效率。

将纳米碳纤维制成滤膜用于膜过滤时，其纳米级的纤维直径和孔隙结构发挥关键作用。纳米纤维相互交织形成三维网状结构，构建出丰富的微孔通道。这些微孔可截留水中悬浮物、胶体颗粒等污染物，根据纤维排列和孔隙调控，实现对不同粒径污染物的过滤 。同时，纳米纤维滤膜具有较高的孔隙率，保障水流畅通，降低过滤阻力，维持有效的水通量。

三种作用机制相互配合，纳米碳纤维从吸附去除污染物，到催化氧化分解难降解物质，再通过膜过滤实现固液分离，在水处理过滤中形成完整的净化流程，为水质改善提供有效解决方案。