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氧化石墨烯在水处理中的应用

氧化石墨烯通常是由石墨经氧化制备获得。因石墨来源广泛,价格低廉,氧化石墨烯便于大规模生产。氧化石墨烯拥有大量的羟基、羧基、环氧基等含氧基团,是一种亲水性物质,与许多溶剂有着较好的相容性,非常适合在水处理中应用。材料可以用于水中不同的污染物的去除。

对水中重金属去除:氧化石墨烯因为表面含有许多含氧基团,可以与金属离子,尤其是多价的金属离子发生络合反应。氧化石墨烯对不同的金属离子吸附能力不同,如报道的利用氧化石墨烯去除Cu 2+。吸附符合 Langmuir 模型,GO对Cu 2+的吸附容量分别是碳纳米管与活性炭的两倍和十几倍量。氧化石墨烯对铅的吸附量高达800mg/g,远高于活性炭的60至120mg/g。同时,相比碳纳米管,GO的制备成本较低廉,制备过程也更简便。

对水中有机物去除:氧化石墨烯也可以和有机污染物相互作用。目前,氧化石墨烯对有机物的去除研究目前多集中于有机染料,有亚甲基蓝、染料吖啶橙等。药物和个人护肤品(PPCPs)作为近年来水处理关注的新型污染物,其去除也被广泛关注。氧化石墨烯在此领域也有涉及,如对水中的药物四环素的去除。

放射性物质的去除:据物理学家组织网报道,美国莱斯大学和俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的研究人员发现,氧化石墨烯具有非凡的吸附能力,能够快速除去污染水体中的放射性物质。研究人员还强调,捕获放射性核素并不会减弱它们的放射性,而是使其更易被处理。以福岛核电站附近的区域为例,可通过将氧化石墨烯添加到以离子状态存在的放射性物质溶液中,得到固体的核物质,并对其进行焚烧。在此过程中,氧化石墨烯会快速燃烧,仅剩下块状的放射性物质,便于重复利用。而低成本和可生物降解的特质也使氧化石墨烯成为了渗透性反应墙技术的合适之选,这对于原位地下水的修复而言具有相当的意义。

在海水淡化和水处理净化膜中应用:氧化石墨烯纳米薄片也应用于海水淡化和水处理净化膜,可以有效抑制表面细菌生长。图1就是微生物杀手的示意图,研究人员将只有单个原子厚度的氧化石墨烯薄片耦合在聚酰胺膜(蓝色部分)的表面来达到抑制细菌生长之目的。要将海水或污水转变成可饮用的水取决于聚酰胺薄膜的过滤能力。微生物在薄膜上的渗入和淤积会使其去除盐分和污染物的能力遭到破坏。但是,如果在聚酰胺材料的薄膜附着一层石墨烯氧化物纳米薄片,就可以减少细菌生长,而且这些功能化的薄膜与现今使用的滤膜相比较,没有必要经常清洗,使用周期更长。(Environ. Sci.Technol. Lett.,2013, DOI: 10.1021/ez4001356)。

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