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氧化石墨烯在水處理中的應用

氧化石墨烯通常是由石墨經氧化制備獲得。因石墨來源廣泛,價格低廉,氧化石墨烯便于大規模生産。氧化石墨烯擁有大量的羟基、羧基、環氧基等含氧基團,是一種親水性物質,與許多溶劑有着較好的相容性,非常适合在水處理中應用。材料可以用于水中不同的污染物的去除。

對水中重金屬去除:氧化石墨烯因為表面含有許多含氧基團,可以與金屬離子,尤其是多價的金屬離子發生絡合反應。氧化石墨烯對不同的金屬離子吸附能力不同,如報道的利用氧化石墨烯去除Cu 2+。吸附符合 Langmuir 模型,GO對Cu 2+的吸附容量分别是碳納米管與活性炭的兩倍和十幾倍量。氧化石墨烯對鉛的吸附量高達800mg/g,遠高于活性炭的60至120mg/g。同時,相比碳納米管,GO的制備成本較低廉,制備過程也更簡便。

對水中有機物去除:氧化石墨烯也可以和有機污染物相互作用。目前,氧化石墨烯對有機物的去除研究目前多集中于有機染料,有亞甲基藍、染料吖啶橙等。藥物和個人護膚品(PPCPs)作為近年來水處理關注的新型污染物,其去除也被廣泛關注。氧化石墨烯在此領域也有涉及,如對水中的藥物四環素的去除。

放射性物質的去除:據物理學家組織網報道,美國萊斯大學和俄羅斯莫斯科國立羅蒙諾索夫大學的研究人員發現,氧化石墨烯具有非凡的吸附能力,能夠快速除去污染水體中的放射性物質。研究人員還強調,捕獲放射性核素并不會減弱它們的放射性,而是使其更易被處理。以福島核電站附近的區域為例,可通過将氧化石墨烯添加到以離子狀态存在的放射性物質溶液中,得到固體的核物質,并對其進行焚燒。在此過程中,氧化石墨烯會快速燃燒,僅剩下塊狀的放射性物質,便于重複利用。而低成本和可生物降解的特質也使氧化石墨烯成為了滲透性反應牆技術的合适之選,這對于原位地下水的修複而言具有相當的意義。

在海水淡化和水處理淨化膜中應用:氧化石墨烯納米薄片也應用于海水淡化和水處理淨化膜,可以有效抑制表面細菌生長。圖1就是微生物殺手的示意圖,研究人員将隻有單個原子厚度的氧化石墨烯薄片耦合在聚酰胺膜(藍色部分)的表面來達到抑制細菌生長之目的。要将海水或污水轉變成可飲用的水取決于聚酰胺薄膜的過濾能力。微生物在薄膜上的滲入和淤積會使其去除鹽分和污染物的能力遭到破壞。但是,如果在聚酰胺材料的薄膜附着一層石墨烯氧化物納米薄片,就可以減少細菌生長,而且這些功能化的薄膜與現今使用的濾膜相比較,沒有必要經常清洗,使用周期更長。(Environ. Sci.Technol. Lett.,2013, DOI: 10.1021/ez4001356)。

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