石墨烯在废水中的应用

2017年可以说是有史以来环保查得最严的一年，8月7日，第四批中央环境保护督查启动。此前，中央环保督查组已经进行了三批督查。为什么今年环保查的这么严呢?近年来，随着我国经济的飞速发展，环境污染问题已经不容忽视，防治污染刻不容缓。其中水资源的污染更是不容小觑，废水的治理也成为专家学者的重点研究课题之一。那么被誉为21世纪的“神奇材料”的石墨烯对处理废水有哪些帮助呢?

石墨烯是仅由一个原子厚度的碳原子构成的蜂窝状的二维平面碳纳米材料，表面没有活性基团，所以不能直接吸附水合金属离子或金属离子与简单阴离子的配合物，在石墨烯片层上复合一种其它的材料，合成多功能的石墨烯复合材料，可以大大缓解石墨烯容易团聚的情况，还能提供更优异的性能。还有石墨烯的一些衍生物也可以达到比石墨烯更好的吸附效果，下面就介绍几种石墨烯材料在废水中的用途。

1、石墨烯复合材料在染料废水处理中的应用

石墨烯复合材料不仅可以解决石墨烯易于团聚的问题进而加快吸附染料的速率，而且赋予了材料新的功能。将用氢氧化钠处理过的氧化石墨烯与金属离子溶液反应制备了石墨烯/Fe3O4复合材料，该材料不仅可以有效吸附罗丹明B、酸性蓝、孔雀绿等多种染料，并且该材料在400℃条件下煅烧后可以重复利用，是处理染料废水的良好材料之一。

2、氧化石墨烯在造纸废水中的应用

氧化石墨烯是石墨烯的一种常见的衍生物，其表面和边缘具有大量的羟基、羧基及环氧基等含氧基团，具有良好的化学稳定性、较强的亲水性能和优异的抗污染能力。氧化石墨烯能很好的分散在水中，可通过真空抽滤、滴涂、旋涂、浸涂等传统方式在载体上形成由氧化石墨烯单原子薄片堆叠的层状分离膜。而相邻氧化石墨烯片层之间可形成具有选择性的二维通道，该通道与氧化石墨烯边缘及其片上孔洞、缺陷相互贯通，形成网络，构成传输路径，水分子能够以单分子层的形式无摩擦地通过，同时氧化石墨烯片层间存在较强的氢键，使氧化石墨烯膜具有良好的力学性能。以氧化铝陶瓷为基底，通过浸渍法制备完整的氧化石墨烯。用于处理造纸芬顿氧化出水，通量为3.10 kg/m2h，Mg2+、Ca2+和SO42-离子的去除率分别能达到71%、70%和54%，且具有较好的稳定性和抗污染能力。

3、氧化石墨烯对重金属离子的吸附

氧化石墨烯表面的含氧基团使得它具有良好的亲水性，而且含氧基团可以和金属离子发生作用，从而可以分离富集水相中的金属离子。废水中常见重金属离子，其毒性大、分布广、含量低、不易降解，长期在环境中分散存在，最终通过生物富集作用被动植物吸收，通过食物链进入人体，对人类的生存和健康产生严重的影响。吸附是目前常用的一种处理方法，而吸附的性能决定了深度处理的效果。研究表明，相同条件下，片状氧化石墨烯、碳纳米管和活性炭对Cu2+的富集量分别为46.6 mgCu/g、28.5 mgCu/g、和4~5 mgCu/g，显示出石墨烯的良好吸附性能。 

石墨烯因具有巨大的比表面积而展现出极强的吸附能力，可以被广泛应用于吸附水溶液中各类分子或离子。而单一的石墨烯因其团聚现象导致吸附能力低下，吸附平衡过久。但是石墨烯的复合材料和其衍生物可以解决这些问题。不过石墨烯载体材料在吸附应用方面还处于探索阶段，还有许多问题需要解决，例如进一步研究石墨烯材料的循环利用，在研究富集的同时研究解吸过程，降低材料使用成本。