石墨烯材料在污染物吸附去除中的應(yīng)用展望

1、石墨烯材料在污染物吸附去除中的應(yīng)用展望周一至周五19:0022:00論文網(wǎng)政治論文|經(jīng)濟(jì)論文1管理論文|歷史論文1文學(xué)論文|醫(yī)學(xué)論文1藝術(shù)論文|科技論文1教育論文|知識百科1學(xué)問百科摘 要：自本世紀(jì)初石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來，由于其分子結(jié)構(gòu)獨(dú) 特，具有超大的比表面積、吸附性能優(yōu)異、潛在理論研究價(jià) 值高、市場應(yīng)用前景廣闊而備受關(guān)注。本文首先概述了石墨 烯及其制備方法，進(jìn)而著重論述了石墨烯及其復(fù)合材料作為 吸附劑，在重金屬、染料、有害氣體、油污、殺蟲劑和抗生 素等污染物去除方面的應(yīng)用進(jìn)展，最后對石墨烯及其復(fù)合材 料在污染物吸附去除方面的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：石墨烯；吸附；污染物引言長期以來，隨著經(jīng)濟(jì)

2、社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境問題始終伴隨著 經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不斷涌現(xiàn)，環(huán)境污染物的種類和處理、處置難 度也不斷增加，各類污染物長期威脅著廣大人民群眾的身體 健康乃至生命安全，因此，對于環(huán)境污染的治理刻不容緩。吸附是化學(xué)物質(zhì)在兩個(gè)毗鄰相界面之間的富集過程。吸 附法一直是污染物去除領(lǐng)域的重要方法，而吸附劑是吸附法 的核心材料。環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域常用的吸附劑包括活性炭、離子 交換樹脂、硅膠、硅藻土等 1，這些吸附劑長久以來應(yīng)用 于環(huán)保領(lǐng)域，但其廣泛存在吸附速率慢、不易降解，容易產(chǎn) 生二次污染的缺點(diǎn)和不足。為了克服以上缺點(diǎn)，近年來石墨 烯以比表面積大、易于修飾和改性并可通過氧化、接枝等手 段引入多種官能基團(tuán)的顯著優(yōu)點(diǎn)，弓I

3、起了研究者的廣泛關(guān) 注。1石墨烯及制備方法石墨烯是由石墨衍生出來的一種具有二維結(jié)構(gòu)的晶體 材料，其整體都是由碳原子所組成，在這之前，科學(xué)界普遍 認(rèn)為二維納米材料是無法存在的 2。直到XX年，曼徹斯特 大學(xué)的諾沃與海姆兩個(gè)人第一次從石墨中分離得到石墨烯 3 , 4，自此，石墨烯開始得到了全球的廣泛關(guān)注，而基于 石墨烯設(shè)計(jì)開發(fā)出來的材料在吸附劑、生物傳感、催化等領(lǐng) 域也均有大量的報(bào)道。石墨烯隨著制備方法的發(fā)展，目前可 以通過機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積、外延晶體生長、淬火、及 氧化-還原五種方法來制備。2石墨烯材料在污染物吸附中的應(yīng)用目前報(bào)道的炭黑和碳納米管比表面積約為1001000 m2/g，石墨烯的

4、比表面積遠(yuǎn)大于二者，這使其在環(huán)境吸附領(lǐng) 域具有重大的潛在應(yīng)用前景。近年來，作為吸附劑，石墨烯 類材料在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得了研究人員的廣泛關(guān)注，被 具體應(yīng)用于重金屬離子、染料、有害氣體、油污、殺蟲劑等 污染物的去除中。對重金屬的吸附重金屬離子污染物具有很大的毒性、而且該類污染物分 布？八廣、含量低且不容易被分解；由于其會(huì)長期在環(huán)境中 分散存在，植物會(huì)通過生物富集作用將其吸收，然后通過食 物鏈進(jìn)入人體，對人類的生存和健康產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。因此，對環(huán)境樣品、生物樣品中的重金屬離子的深度處理就顯得十 分有意義。對于石墨烯材料在重金屬吸附方面的研究應(yīng)用在 近年來被許多學(xué)者所關(guān)注。石墨烯對重金屬的吸附能力

5、是不 同的，Park等研究發(fā)現(xiàn)石墨烯對重金屬陽離子吸附能力影響 順序?yàn)椋篎e3+ > Cr3+ > Zn2+ > Pb2+ > Cu2+;而如果是在環(huán)境中，其順序又變?yōu)?Fe3+ > Zn2+ > Cu2+ > Cr3+ > Pb2+。 Xie研究表明巰基乙胺能夠與 GO表面的環(huán)氧基發(fā)生反應(yīng)，反 應(yīng)后巰基乙胺可以聯(lián)結(jié)到石墨烯的外表面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示， 此時(shí)的石墨烯對Hg2+M有吸附性能，就因?yàn)槠渫獗砻孢B有巰 基乙胺。對染料的吸附染料在現(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)生活中被廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其又具有肉眼可見性，所以石墨烯對染料的吸附作用也得到了廣泛的應(yīng)用研究。在石墨烯

6、對染料的吸附應(yīng)用研究方面，Liu等通過用Langmuir模型擬合，研究發(fā)現(xiàn)GO對亞甲基藍(lán)的吸附量為 750 mg/g。把GO海綿用于甲基紫的吸附，發(fā)現(xiàn) GO海綿的吸附量 達(dá)到了 386 mg/g，比單純的GO吸附量要少很多。Peng等制 備了包含石墨烯的生物碳，發(fā)現(xiàn)比單純的生物碳對亞甲基藍(lán) 有更高的吸附量。此外，石墨烯在其他一些染料的吸附應(yīng)用中也有部分研究。石墨烯殼聚糖的多孔結(jié)構(gòu)可以吸附活性黑；GO包裹的沙子可以處理羅丹明 B;還有一種材料叫石墨烯海綿，它也能 夠很好的處理羅丹明 B;石墨烯-CNT氣凝膠也是一種良好的 材料，其可以吸附羅丹明 B、亞甲基藍(lán)和酸性復(fù)紅等。對有害氣體的吸附隨著經(jīng)濟(jì)

7、與科技的不斷發(fā)展，人類對于能源的需求不斷 增大，面對這個(gè)難題，世界各國一方面尋求新型能源的替代； 在另一方面就是尋找更高效環(huán)保的吸附材料以此來吸附有 害的氣體。Wang在其論文中采用巨正則蒙特卡洛法模擬對比了金 屬有機(jī)骨架化合物、共價(jià)有機(jī)骨架化合物和氧化石墨烯材料 對汽車、工廠尾氣的吸附能力；Wu等研究了石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料對NH3的吸附性能，其最低檢測濃度為ppm; Zhao 等則證實(shí)了相比石墨烯而言，摻雜了鈣、鉆、硅和鐵等原色 的石墨烯對H2S氣體更具有親和力。對油污的吸附現(xiàn)代生活離不開石油，而我們經(jīng)常會(huì)看到新聞報(bào)道原油 污染，前幾年的渤海灣石油泄漏污染，給我們的生態(tài)環(huán)境帶 來了嚴(yán)重的災(zāi)難性后果，而石墨烯的天然疏水本質(zhì)使得石墨 烯吸附劑能夠很好的處理石油污染。Bi等得到的RGO海綿可以吸附很多油類污染物，比如辛烷、泵油和花生油等；石墨 烯可以吸附橄欖油和汽油等；石墨烯海綿可以吸附正庚烷、 柴油、煤油等，實(shí)驗(yàn)表明每克石墨烯海綿對以上油類的吸附 量一般為35-50g左右，相比來說其對油污的吸附能力和吸 附量已經(jīng)相當(dāng)可觀。對殺蟲劑以及其他污染物的吸附日常生活中我們常見的環(huán)境污染物也包括殺蟲劑、抗生 素等，石墨烯及其復(fù)合材料的吸附能力同樣對這些污染物具 有相當(dāng)強(qiáng)的吸附力。殺蟲劑的成分中最常見的是毒