石墨烯材料在水处理领域的技术应用

作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”、“新材料之王”。科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”，极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。环保科研人员也兴趣盎然，在这种单原子薄膜上“精工细作”，他们相信，石墨烯在洁水去污、净化环境等方面，蕴含着巨大的潜力。

石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”，它与水的相互作用有趣，却也是令人困惑的：石墨烯表面排斥水分子，但当石墨烯薄膜浸入到水中时，毛细通道却允许水分子快速渗透。石墨烯与水之间的这种“若即若离”的关系令科学家着迷。近年来，科学家一直探索着将石墨烯家族作为新型材料在水处理中加以应用。一种石墨烯衍生物——氧化石墨烯薄膜作为可用于过滤工艺的替代品，受到了大量的关注。氧化石墨烯利用环氧树脂在氧化石墨烯侧面“筑墙加固”，不仅有效地阻止了变形，还可以可精确控制薄膜的孔隙大小，阻挡盐分随水流过，水分子能通过这层屏障，据此过滤海水中盐分，将盐水变为淡水，脱盐应用十分理想。

在水处理中，石墨烯类碳材料除了利用其过滤的作用外，还有一个重要的作用，就是吸附。作为水处理吸附剂，可吸附三类污染物: 有机物，金属离子与无机阴离子。石墨烯巨大的比表面积使它成为优质吸附剂。常见的石墨烯类碳材料除包括石墨烯和上述的氧化石墨烯外，还有还原氧化石墨烯。

氧化石墨烯去除金属离子是由于氧化石墨烯表面的环氧基、羧基、羟基等含氧基团能与金属离子，尤其是多价的金属离子发生络合反应。

石墨烯的复合材料可作为光催化剂对污染物进行光降解。这是由于石墨烯的化学结构使之具有较高的电子传输性能，在光电转化和光催化应用中，将石墨烯类碳材料与光催化材料结合，在水处理中可以发挥两种材料的协同效应。石墨烯类碳材料在复合材料中作为吸附剂、电子受体，有效增强了常见光催化材料对有机染料和重金属污染物的光降解效果。

石墨烯类碳材料及其复合物在水处理领域应用、主要通过改进后石墨烯类碳材料本身的过滤作用，以及与其他功能性化合物复合，来增强材料在吸附、静电作用、磁性、电子传递及还原等方面的能力，进而去除水中的污染物。总之，石墨烯碳材料及其复合材料在水处理中易于分离、环境友好的性能具有广泛的应用前景。