技術(shù)論述
處理含重金屬廢水的改性石墨烯材料
采用無機(jī)材料功能化石墨烯，可賦予石墨烯新的性能，其中，最為重要的材料是磁性鐵系物質(zhì)改性石墨烯，將其應(yīng)用于重金屬污染水體治理中，既可高效快速去除重金屬離子，又可用磁分離法將其回收利用.大量的研究表明，采用Fe3O4功能化石墨烯可有效去除Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Pb(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、U(Ⅵ)等重金屬離子。采用一步微波法，制備了石墨烯-碳納米管-氧化鐵三維納米復(fù)合物(3DG-CNT-Fe)，該三維材料對(duì)砷的吸附容量是二維石墨烯-氧化鐵復(fù)合物(2DG-Fe)的2倍。合成了GO-鐵氧化物和RGO-鐵氧化物，在pH值為6.5±0.1和反應(yīng)溫度為303K條件下，這兩種材料對(duì)Pb(Ⅱ)的最大吸附容量分別為588.24和454.55mg·g-1。往GO和FeSO4·7H2O混合液中逐步加入H2O2和氫氧化銨溶液反應(yīng)，制得GO/氫氧化鐵復(fù)合物(GO-Fe)，該改性石墨烯對(duì)As(V)的吸附容量為23.78mg·g-1.Zhu等(2011；2012a)采用核-殼結(jié)構(gòu)的Fe-Fe2O3納米粒子改性石墨烯，得到磁性石墨烯片狀納米顆粒(MGNCs)，對(duì)Cr(Ⅵ)和As(Ⅲ)的吸附容量分別為1.03和11.34mg·g-1.Jabeen等(2011；2013)在氬氣保護(hù)條件下，利用硼氫化鈉還原氧化石墨烯和氯化鐵，制得納米零價(jià)鐵顆粒改性石墨烯復(fù)合物(G-nZVI)，改性后的石墨烯表現(xiàn)出磁性，對(duì)Cr(Ⅵ)和Pb(Ⅱ)的去除性能也得到了大幅提高。除了這些鐵系材料，其它納米材料，如MnO2、SiO2等也被用來改性石墨烯，通過改性可同時(shí)阻止納米材料和石墨烯的團(tuán)聚，保持復(fù)合材料中各組分的反應(yīng)活性，從而促進(jìn)石墨烯對(duì)重金屬離子的去除能力.將Ag和MnO2負(fù)載到還原氧化石墨烯上，得到RGO-Ag和RGO-MnO2材料，改性后的材料對(duì)Hg(Ⅱ)的吸附容量比GO和RGO都要高.通過Al(NO3)3·9H2O、Mg(NO3)2·6H2O和GO之間的水熱反應(yīng)，得到石墨烯/MgAl層狀雙氫氧化物(G-MgAl-LDH)納米復(fù)合物，對(duì)Cr(Ⅵ)的最大吸附容量為172.55mg·g-1.
處理有機(jī)污染物及有毒氣體的納米石墨烯吸附材料
大分子的有機(jī)污染物易與石墨烯表面的基團(tuán)發(fā)生相互作用，形成穩(wěn)定的復(fù)合物，從而達(dá)到去除有機(jī)污染物的效果。石墨烯吸附MB的過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Langmuir等溫線模型，最大吸附量為153.85mg/g。氧化石墨烯對(duì)陽離子染料MB、MV及羅丹明B(RhB)和陰離子染料梔子黃色素從污水中去除的效果出色。研究發(fā)現(xiàn)由于氧化石墨烯表面有大量負(fù)電荷，對(duì)陽離子染料有很好的吸附作用，而石墨烯對(duì)陰離子染料表現(xiàn)出良好的吸附性能。
處理核放射治理方面的改性石墨烯材料
使用含功能基團(tuán)，如氨基(·NH2)、羥基(·OH)、羧基(·COOH)的化合物來改性石墨烯，這些活性基團(tuán)對(duì)重金屬離子具有很強(qiáng)的配位絡(luò)合作用，可以減少石墨烯團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，增加其吸附容量及吸附選擇性。采用磁性材料改性石墨烯既可高效快速地去除重金屬，又可通過外部磁場(chǎng)作用將其從溶液中分離回收。