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[摘 要]氧化石墨烯具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在吸附分離領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文重點(diǎn)總結(jié)和評(píng)價(jià)了近年來(lái)氧化石墨烯及其復(fù)合材料應(yīng)用于核素去除的研究進(jìn)展，并對(duì)它們?cè)诜派湫院怂厝コ械膽?yīng)用前景做了展望。

[關(guān)鍵詞]氧化石墨烯，復(fù)合材料，核素，吸附

中圖分類號(hào)：TQ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）04-0387-01

1.引言

石墨烯（Graphene）是一種由sp2雜化的碳原子以正六邊形排列形成的二維碳材料，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，迅速成為了全球的研究熱點(diǎn)[1]。氧化石墨烯（graphene oxide，GO）作為石墨烯的一種衍生物，具有高的比表面積、良好的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。GO表面含有大量親水性的含氧基團(tuán)，如羥基、羧基等，使其具有良好的親水性，同時(shí)便于對(duì)其進(jìn)行功能化修飾[2]。這些含氧基團(tuán)還能與金屬離子，特別是多價(jià)金屬離子發(fā)生絡(luò)合作用，用于去除水中的金屬離子，具有較強(qiáng)的吸附能力。此外，通過(guò)對(duì)GO進(jìn)行功能化改性，可提高其吸附性能[2]。

2.氧化石墨烯作為吸附劑的研究

目前，基于GO及其復(fù)合物的吸附劑已廣泛用于放射性核素的分離富集與去除研究。鈾是最常見的核素， GO可直接作為吸附劑吸附U（VI），具有較強(qiáng)的吸附能力。多層和單層GO對(duì)鈾的吸附容量可達(dá)97.5和299 mg g-1，進(jìn)一步的研究表明吸附受溶液pH影響，與離子強(qiáng)度無(wú)關(guān)，表明該吸附過(guò)程主要通過(guò)內(nèi)層表面配位作用進(jìn)行，GO表面的含氧基團(tuán)在吸附過(guò)程中起主要作用[3]。此外，GO還可用于其他核素如Th（IV）、Sr（II）以及Eu（III）等的吸附，對(duì)這些金屬離子的吸附能力有所不同，如GO能在U（VI）存在下選擇性吸附Th（IV），在pH 3.8時(shí)Th（IV）/U（VI）的分離系數(shù)可達(dá)36.3，研究表明U（VI）吸附到GO上導(dǎo)致片層之間距離減小，降低了GO的吸附能力，這些結(jié)果表明GO可用于鈾釷分離。

3.氧化石墨烯復(fù)合材料作為吸附劑的研究

GO直接作為吸附劑也存在一些問(wèn)題和不足。一方面，GO具有良好的親水性，難以從料液中分離。同時(shí)GO在水溶液中存在聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致其吸附性能降低[4]。另一方面，GO本身的吸附性能如吸附容量和選擇性有限。通過(guò)對(duì)GO進(jìn)行復(fù)合或功能化有望解決上述問(wèn)題，成為近幾年的一個(gè)重要研究方向。如將GO與磁納米顆粒復(fù)合制備超順磁性GO可實(shí)現(xiàn)吸附劑的磁分離，提高其分離性能。而將GO固定到纖維狀海泡石上則可顯著減少GO的聚集，提高其吸附性能。此外，在GO表面生長(zhǎng)結(jié)晶MnO2制備MnO2/GO復(fù)合物吸附劑，可有效減少GO的聚集以及片層間的堆疊，提高其吸附容量，該復(fù)合物對(duì)Th（IV）與U（VI）的吸附容量分別為 497.5 mg·g-1和 185.2 mg·g-1。

對(duì)GO進(jìn)行化學(xué)改性，在其表面引入具有強(qiáng)吸附能力的聚合物或有機(jī)功能配體，可顯著減少其聚集以及片層間的堆疊，提高其吸附性能。目前已有多篇論文報(bào)道了用于核素去除的GO基吸附劑。王祥科課題組采用原位聚合法合成了環(huán)糊精修飾的GO（CD/GO），用于同時(shí)除去U（VI）和腐植酸[5]，兩者的吸附行為受料液pH值和離子強(qiáng)度的影響，腐植酸在低pH值時(shí)促進(jìn)鈾吸附，高pH值時(shí)降低鈾吸附。聚多巴胺（PD）含有大量的兒茶酚和胺基，可用于金屬離子的吸附。但是，PD易發(fā)生聚集，限制了其吸附應(yīng)用。通過(guò)多巴胺單體在GO表面的自聚合制備聚多巴胺氧化石墨烯復(fù)合物（PD/GO），可有效減少PD的聚集，提高其吸附容量。此外，聚苯胺氧化石墨烯復(fù)合物（PANI/GO）也被用于放射性核素的吸附研究，其對(duì)U（VI）、Eu（III）、Sr（II）和Cs（I）都具有良好的吸附性能。其中，對(duì) U（VI）具有極強(qiáng)的吸附能力，最大吸附容量可達(dá)1960 mg·g-1（pH 5.0）。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，氧化石墨烯及其復(fù)合材料在放射性核素的吸附研究中發(fā)展迅速。然而該研究領(lǐng)域仍有很多亟需解決的問(wèn)題，如GO基吸附劑的批量合成以及分子水平結(jié)構(gòu)的研究等。相信隨著研究的不斷深入，氧化石墨烯及其復(fù)合物吸附劑會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖藍(lán)，王祎龍，于水利，唐玉霖.石墨烯及其復(fù)合材料在水處理中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2013，25：419-430.

[2] 韓強(qiáng)，王宗花，張曉瓊，丁明玉.石墨烯及其復(fù)合材料在樣品前處理中的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展，2014，26：820-833.

[3] Romanchuk A. Yu.， Slesarev A. S.， Kalmykov S. N.， Kosynkin Dmitry V.， Tour J. M.， Graphene oxide for effective radionuclide removal. Phys. Chem. Chem. Phys.， 2013，15： 2321-2327.

[4] Sun Y.， Shao D.， Chen C.， Yang S.， Wang X. Highly Efficient Enrichment of Radionuclides on Graphene Oxide-Supported Polyaniline. Environ. Sci. Technol. 2013， 47：9904？9910.

[5] Song W.， Shao D.， Lu S.， Wang X. Simultaneous removal of uranium and humic acid by cyclodextrin modified graphene oxide nanosheets. Sci China Chem， 2014， 57： 1291-1299.