石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究_冯冬燕文章编号：１００１－９７３１（２０１５）０３－０３００９－０７石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究＊冯冬燕１，孙怡然３，于飞２，３，李晨璐３，李强３，郭永福１，白仁碧１，马杰３（１．苏州科技学院分离净化材料与技术研发中心，江苏苏州２１５００９；２．上海应用技术学院化学与环境工程学院，上海２０１４１８；３．同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海２０００９２）摘要：石墨烯作为一种新型的碳纳米材料，具有独特的物理化学性质如高的机械强度、良好的稳定性、超大的比表面积及极强的表面化学活性等，使得石墨烯成为一种得天独厚的吸附材料。综述了石墨烯及其复合材料的制备方法，并对其在去除水中重金属离子的研究进展与吸附机理方面进行了综述，最后对石墨烯及其复合材料的后续研究方向进行了展望。关键词：石墨烯；重金属离子；吸附；机理；复合材料中图分类号：ＴＢ３３；ＴＱ４２４．２；Ｘ５２文献标识码：ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－９７３１．２０１５．０３．００２１引言重金属废水由于其具有毒性强、易使生物酶失去活性、生物累积性及难以排出体外等特性，近年来已经成为环境保护领域共同关注的焦点。目前对该类废水的治理方法中，吸附法由于具有效果显著、操作简单以及成本低廉等特点，而常作为一项核心技术被广泛应用［１－７］。工程领域中常见的吸附剂主要有活性炭［８］、沸石［９］、介孔材料［１０］、树脂以及高分子聚合物等。但这些常规吸附剂存在吸附容量小、吸附效率偏低等缺陷，因此迫切需要开发新型高效的吸附材料以克服常规吸附剂的固有缺陷。近年来，以碳纳米管和石墨烯（ｇｒａ－ｐｈｅｎｅ，Ｇ）为代表的碳纳米材料，由于其具有独特的中空结构、强大的吸附能力及极高的表面积［１１－１４］等，已经成为世界各国环境领域专家研究的热点，并极有可能成为环境领域最具竞争优势的吸附材料。近几年，研究者们利用石墨烯在环境领域开展了一系列去除污染物的相关工作，取得了一定的研究成果。本文就石墨烯及其复合材料的制备方法，及其在重金属离子去除方面的相关研究与机理进行了综述，并对后续研究方向进行了展望。２石墨烯的结构及性质石墨烯是由碳原子经ｓｐ２电子轨道杂化后形成的一种具有二维结构的碳的同素异形体。石墨烯具有较高的比表面积（理论上值约为２６３０ｍ２／ｇ）及良好的化学稳定性等特性［１５］，使得石墨烯成为一种良好的吸附材料。然而，石墨烯片层间存在有相互作用强烈的π－π键，导致其表面化学特性不活泼，表面积减小，并使石墨烯在水溶液中分散性能变差而易于团聚，影响其吸附特性的发挥，最终限制了石墨烯在水处理行业中的进一步应用。氧化石墨烯（ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ，ＧＯ）是石墨烯的氧化物。其表面含有丰富的高活性含氧官能团［１６－１７］，具有良好水溶性和易改变的化学活性。在ＧＯ单片上随机分布着羟基和环氧基，在单片边缘则分布有羧基和羰基，如图１所示。大量官能团的存在为ＧＯ作为一种高性能吸附材料提供了丰富的吸附位点。有关研究显示［１８－２０］，从石墨烯薄片边缘到中央呈现出亲水至疏水的特性，因此ＧＯ存在一种类似界面活性剂的界面。上述结构特性使得ＧＯ成为一种得天独厚的吸附材料。图１Ｇ和ＧＯ的结构示意图［１６－１７］９００３冯冬燕等：石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究＊基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１４０８３６２，２１２０７１００）；苏州市科技支撑计划资助项目（ＳＳ２０１３３４）；江苏省“青蓝工程”资助项目（２０１２）；苏州科技学院博士学位科研启动资助项目（２０１４）收到初稿日期：２０１４－０７－０８收到修改稿日期：２０１４－０９－２３通讯作者：郭永福，Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｏｎｇｆｕｇｕｏ＠１６３．ｃｏｍ作者简介：冯冬燕（１９８９－），女，江苏如皋人，在读硕士，师承郭永福教授，从事水中污染物去除研究。---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---◁文笔绘...