石墨烯復(fù)合材料具有高電荷載流子遷移率，大表面積以及良好的生物相容性，使得石墨烯復(fù)合材料成為廢水凈化方面的理想材料。按復(fù)合組分的不同，可將石墨烯復(fù)合材料分為石墨烯-納米粒子復(fù)合材料(石墨烯與納米粒子復(fù)合)、石墨烯-聚合物復(fù)合材料(石墨烯作為添加材料或載體與聚合物進(jìn)行復(fù)合)、石墨烯-碳基材料復(fù)合材料(石墨烯與碳納米管、富勒烯等組裝形成復(fù)合材料)。此外，石墨烯還可以與高分子材料、金屬氧化物等其它物質(zhì)組成復(fù)合材料。
1、石墨烯-納米復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用
Cheng等通過(guò)Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，然后對(duì)GO進(jìn)行功能化，最后采用水熱法以TETA為還原劑制備了還原的氧化石墨烯/Ag納米顆粒復(fù)合物，該復(fù)合物對(duì)痕量濃度的Cu2+、Cd2+和Hg2+的檢測(cè)限分別為10～15M、10～21M和10～29M。因此，其可用于檢測(cè)痕量重金屬離子的傳感器上。Lingamdinne等制備的磁性氧化石墨烯的納米復(fù)合材料(MGO)具有優(yōu)異的磁特性、高比表面積、高化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，已被廣泛用于從水性環(huán)境中去除重金屬、放射性核素和有機(jī)染料。Jabeen等通過(guò)在氬氣氛下氧化石墨烯和氯化鐵的硼氫化鈉還原制備納米零價(jià)鐵納米顆粒石墨烯復(fù)合物(G-nZVI)，通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)得6wt%GO負(fù)載量的G-nZVI復(fù)合材料對(duì)Pb(II)的吸附能力最大。
2、石墨烯-聚合物復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用
石墨烯聚合物復(fù)合材料具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、機(jī)械性、儲(chǔ)能性等性能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的檢測(cè)與處理。2006年Ruoff等首次報(bào)道了石墨烯/聚苯乙烯復(fù)合材料。隨后，石墨烯/聚合物復(fù)合材料的相關(guān)研究取得了飛速發(fā)展，進(jìn)而成為研究熱點(diǎn)。石墨烯/聚合物復(fù)合材料可通過(guò)原位聚合法、溶液共混法、熔融共混法制得。Shao等采用原位聚合技術(shù)合成了聚苯胺改性氧化石墨烯(PANI/GO)復(fù)合材料，并應(yīng)用于水溶液中預(yù)濃縮U(VI)。PANI/GO復(fù)合材料對(duì)U(VI)的最大吸附能力在pH值=5.0時(shí)達(dá)到1960mg/g，在pH值=3.5時(shí)達(dá)到610mg/g，比傳統(tǒng)吸附劑和納米材料高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)。PANI/GO復(fù)合材料對(duì)高濃度鹽具有理想的耐受性，并且具有良好的再生循環(huán)利用性能。因此，PANI/GO復(fù)合材料在核燃料水溶液中提取U(VI)和清除環(huán)境污染方面具有很好的應(yīng)用前景。Saleh等制得石墨烯/聚酰胺復(fù)合材料，該復(fù)合材料吸附性能好，再生效率高，對(duì)水溶液中的Sb(III)有很高的吸附能力(158.2mg/g)，因此可作為Sb(III)去除的新型吸附劑。Hu等制備了石墨烯氧化物/聚吡咯(GO/PPY)復(fù)合材料，這種材料對(duì)苯酚和苯胺的吸附能力非常高，并且通過(guò)乙醇對(duì)苯酚和苯胺的解吸可再生出GO/PPY復(fù)合材料，而且吸附能力沒(méi)有明顯下降，因此可循環(huán)使用。Zheng等采用漆酚與氧化石墨烯(GO)片反應(yīng)并聚合，形成由聚合物骨架連接的3D石墨烯聚漆酚(3D-PU-G)。與傳統(tǒng)的3D-G相比，3D-PU-G復(fù)合材料疏水性、吸附能力、機(jī)械強(qiáng)度和可回收性均有顯著提高，非常適合用于水的凈化。例如，3D-PU-G在20kPa以上具有較高的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，并且對(duì)水中的各種有機(jī)溶劑和油的吸附能力較3D-G也提高了1.62～1.97倍。在運(yùn)行100多個(gè)循環(huán)后，3D-PU-G復(fù)合材料依然表現(xiàn)出高度穩(wěn)定的強(qiáng)度和吸附能力，而3D-G復(fù)合材料僅僅只能運(yùn)行3個(gè)循環(huán)。
3、石墨烯-碳基材料復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用
石墨烯/碳納米管復(fù)合材料在化學(xué)傳感器中有著重要的應(yīng)用。Peng等制造了由石墨烯/半導(dǎo)體單壁碳納米管(T@FG)組成的異質(zhì)薄膜晶體管化學(xué)傳感器，對(duì)NH4+的檢測(cè)具有很高的靈敏度，在毫摩爾離子強(qiáng)度溶液中的檢測(cè)限低至0.25μm。Chen等制作的石墨烯/碳納米管復(fù)合材料可用于檢測(cè)對(duì)乙酰氨基酚(APAP)的電化學(xué)傳感器上，且呈現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和穩(wěn)定性，這是因?yàn)槭?碳納米管復(fù)合材料具有高表面積和多?？捉Y(jié)構(gòu)，可以提供很大的傳感面積和有效的運(yùn)輸通道。Hu等制備了還原型氧化石墨烯和多壁碳納米管復(fù)合材料RGO-MWNTs，解決了幾種污染水資源的酚類化合物不容易區(qū)分檢測(cè)的問(wèn)題。石墨烯/碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)異的催化活性、較強(qiáng)的導(dǎo)電性、高比表面積和多孔結(jié)構(gòu)，因此使用石墨烯/多壁碳納米管復(fù)合材料修飾的電極可以同時(shí)區(qū)分檢測(cè)樣品中的對(duì)苯二酚(HQ)、鄰苯二酚(CC)、對(duì)甲酚(PC)和亞硝酸鹽(NO-2)。Sui等通過(guò)加熱氧化石墨烯和碳納米管與維他命C的混合物制備水凝膠前驅(qū)體，通過(guò)超臨界CO2干燥此水凝膠前驅(qū)體制備石墨烯/碳納米管復(fù)合材料，制得的材料可以清除河水中的有機(jī)染料、重金屬離子等污染物，為治理水污染提供了新方法。Ai等制備了柱狀石墨烯/碳納米管復(fù)合材料并將之用作染料的吸附劑，經(jīng)過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該復(fù)合材料對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附量可達(dá)81.97mg/g，在亞甲基藍(lán)的初始濃度為10mg/L時(shí)清除效率達(dá)到97%。因此，這種復(fù)合材料可以用于清除廢水中的有機(jī)染料。
4、其他石墨烯復(fù)合材料在廢水處理中的應(yīng)用
Guo等通過(guò)Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，然后用Fe3+處理以形成Fe3+@GO絡(luò)合物，最后通過(guò)添加NaBH4溶液，F(xiàn)e3+和GO同時(shí)原位還原為Fe和石墨烯，形成Fe納米顆粒@石墨烯復(fù)合物(FGC)。FGC的形態(tài)和結(jié)構(gòu)研究結(jié)果表明，尺寸為5nm的Fe納米顆粒可以精細(xì)地分散在石墨烯片上。FGC對(duì)印染廢水中的甲基藍(lán)具有很好的脫色作用，與裸Fe顆粒相比，F(xiàn)GC雜化物顯示出更好的去除能力。Liu等將石墨烯氧化，然后與Fe2+/Fe3+溶液混合，通過(guò)高壓水熱反應(yīng)制得氧化石墨烯(Go)-Fe3O4復(fù)合材料，該復(fù)合材料表面引入了大量的官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以被各種分子固定，對(duì)廢水中Cu2+的去除能力強(qiáng)，因此在重金屬離子污染等方面具有良好的應(yīng)用前景。Luo等組裝的凹凸棒納米纖維/GO復(fù)合物膜，水通量高達(dá)221.16L/(m2·h·bar)，比純GO膜高7.7倍，表明其在水處理中潛在的應(yīng)用前景很大。
5、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，石墨烯類復(fù)合材料在廢水的檢測(cè)和凈化處理方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力，是治理廢水的極佳材料，但應(yīng)用于該領(lǐng)域的石墨烯類復(fù)合材料的協(xié)同作用機(jī)制方面的研究，現(xiàn)在還不是很深入。要想獲得產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良的應(yīng)用于廢水治理方面的石墨烯類復(fù)合材料，還需進(jìn)一步研究與探索。( >
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