王 磊

（天津聯(lián)達市政規(guī)劃設(shè)計研究有限公司，天津 300384）

0 前言

石墨烯（GN）是由單層sp2雜化的碳原子以化學(xué)鍵連接，呈蜂巢晶格排列的穩(wěn)定六邊形平面二維納米材料，Geim和Novoselov在2004年以膠帶不斷剝離石墨晶體的方式首次獲得了石墨烯，石墨烯由于其優(yōu)異的理化性質(zhì)，受到廣泛關(guān)注。氧化石墨烯作為石墨烯的一種衍生物，含有環(huán)氧基、羰基、羧基[1]等多種官能團，這些官能團可作為反應(yīng)活性點，使GO成為有效的催化劑載體，此外這些官能團可以加強與污染物的理化反應(yīng)，從而提高對污染物的吸附能力。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量工業(yè)廢水的排放使得環(huán)境受到污染的巨大挑戰(zhàn)，促使大量污水處理技術(shù)得到應(yīng)用。同時相關(guān)研究人員也在不停探索能夠提高污水處理效率和成本的新材料，GO及其復(fù)合材料在水處理方面應(yīng)用潛力巨大。本文從GO作為催化劑載體對水中污染物的降解和GO復(fù)合材料作為吸附劑在有機物和重金屬吸附方面做出論述，并提出展望。

1 GO作為催化劑載體對有機物的降解

GO具有較好的機械強度，可以作為催化劑載體，由于其豐富的親水性官能團，使得GO及其復(fù)合材料在水中均勻分布，提高反應(yīng)速率。在處理油污廢水、制藥廢水、染料廢水方面得到應(yīng)用。

其中李成希等[2]以GO/Fe3O4/ZnO復(fù)合材料為催化劑降解苯酚，在GO/Fe3O4/ZnO投加量為200mg/L，H2O2投加量為12mmol/L，pH=7.2的條件下，利用該復(fù)合材料對苯酚質(zhì)量濃度為88.85mg/L的油田廢水進行光催化Fenton降解，60min后，苯酚降解率可達98%。張虹等[3]以TiO2/GO復(fù)合材料作為催化劑對制藥廢水進行光催化處理，由實驗結(jié)果分析可得，GO的成功負載對納米TiO2粉體的催化效率有顯著影響，TiO2/GO復(fù)合物對制藥廢水的色度降解在30min時可以達到95%以上，180min時COD去除率可達78%。王君等[4]以Co3O4/GO/氧化纖維素復(fù)合材料為催化劑對染料廢水進行降解研究，當酸性橙Ⅱ初始摩爾濃度為0.2mmol/L，單過硫酸氫（PMS）投加量為2.00mmol/L，Co3O4／GO／氧化纖維素投加量為0.50g/L，溫度為25℃，pH=7時，酸性橙Ⅱ可在6min內(nèi)完全降解。

這是由于氧化石墨烯具有豐富的親水基團，能夠使GO與其復(fù)合材料在水中均勻分布，另外GO本身具有良好的機械強度和強大的比表面積非常適合以催化劑載體的形式承載催化劑，同時其本身的載流子速度快，對催化劑的催化過程也起到一定的促進作用，因此才會在油污廢水、制藥廢水以及染料廢水處理上有突出應(yīng)用。

2 GO復(fù)合材料對污染物的吸附

2.1 GO復(fù)合材料對有機物的吸附

GO比表面積大，并且存在大量的官能團使其對有機物的存在大量的吸附位點，可以單獨作為吸附劑。與此同時，一些納米金屬和巖石類材料，具有表面積大，吸附能力強的特點，但是分散性差、易團聚，無法單獨做吸附劑，GO具有機械強度高的特點，可以作為吸附劑載體與上述材料制備GO復(fù)合材料，實現(xiàn)充分利用不同材料的吸附性能。GO復(fù)合材料在處理抗生素廢水和染料廢水得到大量應(yīng)用。

姜鵬等[5]以氧化石墨烯負載零價納米鐵吸附水中環(huán)丙沙星，對環(huán)丙沙星的最大吸附量是656.66mg·g-1。賀瓊等[6]使用氧化石墨烯／硅藻土復(fù)合材料吸附廢水中的亞甲基藍，的最大吸附量為125mg/g。

2.2 GO復(fù)合材料對重金屬的吸附

GO表面的官能團與金屬離子可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使其對金屬離子吸附性能增強。GO可與吸附能力強的有機物或者無機物組成復(fù)合材料，充分發(fā)揮各自的吸附性能，提高對金屬離子的吸附能力。對Cd（Ⅱ）、銅離子和Cr(VI)具有較好的吸附效果。

李仕友等[7]利用GO/SiO2復(fù)合材料對Cd（Ⅱ）的吸附，當吸附時間為100min，投加量為0.25g/L，溶液pH為8.5時，氧化石墨烯/SiO2吸附Cd（Ⅱ）效果最佳。FTIR、SEM等結(jié)果表明，GO/SiO2吸附Cd（Ⅱ）前后自身結(jié)構(gòu)并未產(chǎn)生變化，其對Cd（Ⅱ）具有很好的吸附效果。賀瓊等[8]利用氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合材料吸附銅離子，復(fù)合材料的最佳吸附條件為pH=9，用量為20mg，吸附時間為10min，吸附率達88%。王敏等[9]使用殼聚糖/GO復(fù)合材料對Cr(VI)進行吸附研究，結(jié)果表明:Cs含量為GO質(zhì)量的10%、溶液pH為2.00、Cr(VI)初始濃度為100mg/L時吸附效果最好。吸附平衡時間為150min。Langmuir吸附等溫模型和擬二級吸附動力學(xué)方程能較好的擬合該吸附過程，該材料經(jīng)過4次吸附-解吸循環(huán)吸附試驗后，仍保持一定的吸附性能。因此，Cs/GO復(fù)合材料可用于含Cr(VI)廢水的處理。

3 結(jié)論與建議

氧化石墨烯（GO）由于具有電子遷移率高、比表面積大、表面含氧官能團豐富等優(yōu)異特質(zhì)，使其作為催化劑載體和吸附劑方面具有很大優(yōu)勢，GO可與化合物制作復(fù)合材料，增強其吸附能力，使得GO及其復(fù)合材料在污水處理中具有巨大的應(yīng)用潛力，在具體應(yīng)用方面提出以下幾點建議。

（1）相關(guān)研究還停留在實驗室小試階段以處理模擬廢水為主，與處理實際廢水過程中會出現(xiàn)差異，應(yīng)加強對真實廢水的研究，并且放大實驗規(guī)模，為進入工業(yè)化階段進一步明確相關(guān)參數(shù)。

（2）在應(yīng)用過程中，材料回收難度大，易對環(huán)境造成污染，同時產(chǎn)生浪費，需開發(fā)磁性材料，提高材料的回收利用率。

（3）開發(fā)出生產(chǎn)成本低、處理效率高、無污染的復(fù)合材料是未來研究的重點。

[1]Park S，Lee K S，Bozoklu G，etal. Oxide papers modified by divalent ions-enhancin G mechanical properties via chemical cross-linkinG[J].American Chemical Society,2008,2(3).

[2]李成希，吳坤坤，孟祖超，等.GO/Fe3O4/ZnO的制備及其光助Fenton降解苯酚[J].工業(yè)水處理，2017，37（2）：51-55.

[3]張虹，汪恂，朱雷，等.TiO2/GO納米復(fù)合材料對制藥廢水的光催化處理[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2017，43（10）：1-3.

[4]王君，Asif Hussain，李登新，等.易回收Co3O4／氧化石墨烯／氧化纖維素的制備及對染料降解的研究[J].環(huán)境污染與防治，2017，39（12）：1337-1342.

[5]姜鵬，李一兵，童雅婷，等.氧化石墨烯負載零價納米鐵吸附水中環(huán)丙沙星的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2016，36（7）：2443-2450.

[6]賀瓊，李智利，傅春霞.氧化石墨烯／硅藻土復(fù)合材料的制備及去除廢水中亞甲基藍的應(yīng)用[J].化學(xué)世界，2017（5）：268-274.

[7]李仕友，熊凡，王亮，等.氧化石墨烯/SiO2復(fù)合材料對Cd（Ⅱ）的吸附[J].復(fù)合材料學(xué)報，2017,34（6）：1205-1211.

[8]賀瓊，祁秀秀，趙歡迎.氧化石墨烯/殼聚糖復(fù)合材料的制備及其吸附銅離子應(yīng)用研究[J].化工新型材料，2016，44（10）：141-143.

[9]王敏，陳愛俠，陳貝.殼聚糖/氧化石墨烯復(fù)合材料對Cr(VI)吸附性能研究[J].環(huán)境保護科學(xué)，2018，44（2）：51-56.