杜秉霖，田士东，张生军，李克伦，王奕晨，张红星，谭晓婷

(陕西煤业化工技术研究院有限责任公司,国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室,陕西 西安 710065)

近年来，由于人口增加、全球气候变暖、降雨不足以及工业大量用水等原因，导致淡水消耗过大。工业化的快速发展导致大量废水产生，这些废水包含酚类、油类、细菌、盐类、淤泥、重金属离子等，已经成为急需解决的环保问题之一。石墨烯复合材料具有高电荷载流子迁移率，大表面积以及良好的生物相容性，使得石墨烯复合材料成为废水净化方面的理想材料[1]。按复合组分的不同，可将石墨烯复合材料分为石墨烯-纳米粒子复合材料(石墨烯与纳米粒子复合)[2]、石墨烯-聚合物复合材料(石墨烯作为添加材料或载体与聚合物进行复合)[3]、石墨烯-碳基材料复合材料(石墨烯与碳纳米管、富勒烯等组装形成复合材料)。此外，石墨烯还可以与高分子材料、金属氧化物等其它物质组成复合材料[4-5]。

1 石墨烯-纳米复合材料在废水处理中的应用

Cheng等通过Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，然后对GO进行功能化，最后采用水热法以TETA为还原剂制备了还原的氧化石墨烯/ Ag纳米颗粒复合物，该复合物对痕量浓度的Cu2+、Cd2+和Hg2+的检测限分别为10～15 M、10～21 M和10～29 M。因此，其可用于检测痕量重金属离子的传感器上[6]。Lingamdinne等制备的磁性氧化石墨烯的纳米复合材料(MGO)具有优异的磁特性、高比表面积、高化学稳定性等特点，已被广泛用于从水性环境中去除重金属、放射性核素和有机染料[7]。Jabeen等通过在氩气氛下氧化石墨烯和氯化铁的硼氢化钠还原制备纳米零价铁纳米颗粒石墨烯复合物(G-nZVI)，通过吸附实验测得6 wt% GO负载量的G-nZVI复合材料对Pb(II)的吸附能力最大[8]。

2 石墨烯-聚合物复合材料在废水处理中的应用

石墨烯聚合物复合材料具有优异的导电性、机械性、储能性等性能，可实现对污水的检测与处理。2006年Ruoff等[9]首次报道了石墨烯/聚苯乙烯复合材料。随后，石墨烯/聚合物复合材料的相关研究取得了飞速发展，进而成为研究热点。石墨烯/聚合物复合材料可通过原位聚合法、溶液共混法、熔融共混法制得[10]。Shao等采用原位聚合技术合成了聚苯胺改性氧化石墨烯(PANI/GO)复合材料，并应用于水溶液中预浓缩U(VI)。 PANI/GO复合材料对U(VI)的最大吸附能力在pH值=5.0时达到1960 mg/g，在pH值 = 3.5时达到610 mg/g，比传统吸附剂和纳米材料高出两个数量级。PANI/GO复合材料对高浓度盐具有理想的耐受性，并且具有良好的再生循环利用性能。因此，PANI/GO复合材料在核燃料水溶液中提取U(VI)和清除环境污染方面具有很好的应用前景[11]。Saleh等制得石墨烯/聚酰胺复合材料，该复合材料吸附性能好，再生效率高，对水溶液中的Sb(III)有很高的吸附能力(158.2 mg/g)，因此可作为Sb(III)去除的新型吸附剂[12]。Hu等制备了石墨烯氧化物/聚吡咯(GO/PPY)复合材料，这种材料对苯酚和苯胺的吸附能力非常高，并且通过乙醇对苯酚和苯胺的解吸可再生出GO/PPY复合材料，而且吸附能力没有明显下降，因此可循环使用[13]。Zheng[14]等采用漆酚与氧化石墨烯(GO)片反应并聚合，形成由聚合物骨架连接的3D石墨烯聚漆酚(3D-PU-G)。与传统的3D-G相比，3D-PU-G复合材料疏水性、吸附能力、机械强度和可回收性均有显著提高，非常适合用于水的净化。例如，3D-PU-G在20 kPa以上具有较高的稳定性和强度，并且对水中的各种有机溶剂和油的吸附能力较3D-G也提高了1.62～1.97倍。在运行100多个循环后，3D-PU-G复合材料依然表现出高度稳定的强度和吸附能力，而3D-G复合材料仅仅只能运行3个循环。

3 石墨烯-碳基材料复合材料在废水处理中的应用

4 其他石墨烯复合材料在废水处理中的应用

Guo等[20]通过Hummers法制得氧化石墨烯(GO)，然后用Fe3+处理以形成Fe3+@GO络合物，最后通过添加NaBH4溶液，Fe3+和GO同时原位还原为Fe和石墨烯，形成Fe纳米颗粒@石墨烯复合物(FGC)。FGC的形态和结构研究结果表明，尺寸为5 nm的Fe纳米颗粒可以精细地分散在石墨烯片上。FGC对印染废水中的甲基蓝具有很好的脱色作用，与裸Fe颗粒相比，FGC杂化物显示出更好的去除能力。Liu[21]等将石墨烯氧化，然后与Fe2+/Fe3+溶液混合，通过高压水热反应制得氧化石墨烯(Go)-Fe3O4复合材料，该复合材料表面引入了大量的官能团，这些官能团可以被各种分子固定，对废水中Cu2+的去除能力强，因此在重金属离子污染等方面具有良好的应用前景。Luo[22]等组装的凹凸棒纳米纤维/GO复合物膜，水通量高达221.16 L/(m2·h·bar)，比纯GO膜高7.7倍，表明其在水处理中潜在的应用前景很大。

5 结语

综上所述，石墨烯类复合材料在废水的检测和净化处理方面显示出巨大的应用潜力，是治理废水的极佳材料，但应用于该领域的石墨烯类复合材料的协同作用机制方面的研究，现在还不是很深入。要想获得产品质量优良的应用于废水治理方面的石墨烯类复合材料，还需进一步研究与探索。