石墨烯「劈腿」水處理 這是要鬧哪樣?

北極星水處理網訊:隨著世界人口數量的不斷增長、水汙染情況不斷加劇，使得汙水處理受到空前的關注。人們在積極尋找汙水處理與利用的方法。基於比表面積大、強度高、化學穩定性好、可修飾性強以及導電性好等優點，石墨烯不僅可很好的吸附水中的有機溶劑、重金屬等汙染物，還可作為催化劑載體，催化水中汙染物的降解，因而作為汙水處理材料被人們廣泛研究。

工業廢水的亂排亂放、城市生活垃圾、農藥噴灑等等，造成本來已是極少的淡水資源加劇短缺，無法為人所用。每年大量的廢汙水給我國的環保行業帶來巨大的壓力。水汙染情況不斷加劇，使得汙水處理受到空前的關注。

人們在積極尋找汙水處理與利用的方法。基於比表面積大、強度高、化學穩定性好、可修飾性強以及導電性好等優點，石墨烯不僅可很好的吸附水中的有機溶劑、重金屬等汙染物，還可作為催化劑載體，催化水中汙染物的降解，因而作為汙水處理材料被人們廣泛研究。

石墨烯對水中有機物的吸附

石墨烯是世界上最薄、最硬的材料，於2004年問世，發現石墨烯的英國曼徹斯特大學諾沃肖洛夫教授憑著這一重大發現而於2010年獲得諾貝爾物理學獎!

石墨烯材料可以用來吸附水中有機汙染物，例如有機染料、烴類、原油、農藥和一些天然有機物質。

王祥科教授等通過大量的實驗將石墨烯表面進行磺酸基功能化處理，這種處理提高了石墨烯的分散性，進而提高了石墨烯的吸附能力。研究結果表明，這種功能化石墨烯對萘和萘酚的吸附能力達到了2.4mmol /g。與二維材料負載率低且可能造成二次汙染相比，三維材料在水淨化中能很容易被循環利用。研究表明，獨立的三維結構很容易被回收，有利於材料的循環再利用。這不但簡便了操作，也大大降低了回收成本，對於實際的工業操作有很大的應用價值。三維石墨烯不僅對有機染料具有很好的吸附性，對各種類型的油也具有很高的吸附容量，這對以後的海水中的石油汙染也具有很高的利用價值。

Ruoff 教授等利用水熱成型過程製備得到海綿狀結構的石墨烯; 然後，利用這種材料去除人工海水中許多商業石油產品( 包括煤油、泵油、油脂和有機溶劑等) 來檢驗其吸油性能。實驗結果表明，石墨烯海綿材料吸收了超過其本身重量86 倍的油汙，超過其他任何常見吸收劑的吸油能力。其吸收的碳氫化合物隨後通過簡單地加熱回收，回收率能達到99%。通過該過程，石墨烯海綿可以重新生成，並且重複使用10 次以上，其性能絲毫不會下降。

李海濤教授選取粒徑為500 nm 的石墨烯碎片，通過一種特殊的物理技術，把石墨烯碎片送入活性炭的細孔並附椎在內表面上，達到增加過濾材料的比表面積，改善過濾效果，研製出一種功能性材料--石墨烯炭分子篩。該材料具有超高的吸附性，且輕薄、穩定、耐熱、比表面積大、對人體無害。與同等重量的活性炭相比其吸附性能提高20 倍。這種石墨烯炭分子篩材料可以合成一種複合膜，可有效去除飲用水中的抗生素。

劉兆平教授利用甲醯胺作為驅動劑，通過普通加熱的方式製備具有納米卷結構的氮摻雜三維石墨烯材料。去除亞甲基藍和羅丹明B 的去除效率分別達到了96.8% 和94.6%。氮摻雜所帶來的螺旋通道是使有機物可以連續高效率的擴散到石墨烯內層的關鍵。

石墨烯在治理重金屬汙染中的作用

不加限制的科技發展對環境造成了極大破壞，如電子廢棄產品的不當處理對水體造成了重金屬汙染。而石墨烯由於具有超大比表面積，其在吸附劑領域具有很大應用潛力。

Leng等利用肼還原氧化石墨，所製得的還原氧化石墨烯( rGO) 可自發吸收金屬銻，且最大吸附量可達7.463 mg /g。而Pan 等利用工業中常用的二硫化脲還原GO，所製得的rGO 可以自發吸附放射性核燃料釷，且最大吸附量為0.21 mg /g。由於石墨烯表面活性官能團較少，因此許多研究者針對石墨烯進行修飾和改性後，將其應用於重金屬的吸附，取得了較好的吸附效果，甚至可以實現多種重金屬離子的同時吸附去除。

Wu 等利用十六烷基三甲銨( CTAB) 對石墨烯進行改性後發現，改性石墨烯可自發吸附金屬Cr，且最大吸附量可達21.57 mg /g。Mishra 等利用氫氣使GO 剝落從而獲得石墨烯片層，然後再用濃硝酸處理，使石墨烯表面富含官能團，將功能化的石墨烯用作超級電容器電極，不僅實現了對水中As 和Na 的去除，同時實現了海水脫鹽，其最大吸附量分別為As( V) 142 mg /g、As( III) 139 mg /g，明顯高於多壁碳納米管和磁性還原氧化石墨。

與石墨烯相比，GO 由於具有更多含氧官能團，親水性強，因此更容易被修飾，也使其更易與金屬形成絡合物，因此更有利於水中重金屬的吸附。除了對重金屬具有好的吸附性，GO對放射性元素鈾( VI) 也具有很好的吸附性。

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