沸石滤料生产厂家—二维碳网石墨烯，污水处理蕴潜力，神奇的治水利器!

　　沸石滤料生产厂家—二维碳网石墨烯，污水处理蕴潜力，神奇的治水利器!

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　　石墨烯(Graphene)

　　是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六边形呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。想象一下，每一个碳原子，与周围三个邻居以共价键连接，一层碳原子就这样构成了一个由无数个六边形组成的二维网状结构。此时，小编建议您回想一下足球球门六边形球网的样子。

　　海姆与诺沃肖洛夫赠送给瑞典诺贝尔博物馆的石墨、石墨烯电晶体与“签名款”胶带

　　石墨烯一直被认为是假设性的结构，无法单独稳定存在，直至2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地在实验室从石墨中分离出石墨烯，从而证实它可以单独存在，两人也因此共同分享了2010年诺贝尔物理学奖。

　　说到这一分离过程，小编不得不惊叹：某些伟大的创造和发现，是极富灵动的头脑 + 奇妙想象和实践的过程。海姆和团队成员偶然地发现，将石墨片放置在塑料胶带中，折叠胶带粘住石墨薄片的两侧，撕开胶带，薄片也随之一分为二。不断重复这一过程，就可以得到越来越薄的石墨薄片，其中由一层碳原子构成就是石墨烯，因此被媒体称为“胶带撕出的诺贝尔奖”。

　　“能屈能伸”的石墨烯

　　石墨烯由单层原子构成的。碳原子之间相互连接成六角网格。这种结构，就使得石墨烯弯曲灵活，变幻无穷。铅笔里用的石墨就相当于一层一层的石墨烯叠在一起，而富勒烯(足球烯、C60)可以看成是石墨烯按一定方式被团成了一个球，碳纳米管则是石墨烯卷成了筒状。这就好比被擀好的面皮儿，可以做成千层饼、麻团儿和卷饼。

　　石墨烯类碳材料与水处理

　　1.氧化石墨烯薄膜——海水淡化不再是天方夜谭

　　石墨烯以独特的力学和电学特性被称为“神奇材料”，它与水的相互作用有趣，却也是令人困惑的：石墨烯表面排斥水分子，但当石墨烯薄膜浸入到水中时，毛细通道却允许水分子快速渗透。石墨烯与水之间的这种“若即若离”的关系令科学家着迷。近年来，科学家一直探索着将石墨烯家族作为新型材料在水处理中加以应用。一种石墨烯衍生物——氧化石墨烯(graphene oxide，GO)薄膜作为可用于过滤工艺的替代品，受到了大量的关注。氧化石墨烯的这一性质，能够为水处理领域的研究提供新的更广阔的思路。

　　联合国2016年3月21日公布的数据显示，到2025年，全球将约有18亿人口面临绝对缺水的问题，约三分之二的人口可能要在用水紧张的条件下生活。严格地讲，我们的蓝色星球并不缺“水”——地表超过七成面积被海洋覆盖。人们守着这个巨大“水资源宝库”，却无力掘出宝藏。现在，研究人员实现了利用氧化石墨烯薄膜筛选食盐这一吃香的技术，用于海水淡化。

　　在此之前，氧化石墨烯薄膜早已被证实可被用于过滤小型纳米粒子、有机分子以及大颗粒盐。然而对于尺寸更小的海水中的盐，则束手无策。因为氯化钠在水中溶解后，其离子会被水分子簇拥，周围形成一层“水膜”，即水合层。问题是，氧化石墨烯长时间浸泡在水中后会变形扩张，“筛孔”变大，小颗粒盐分会随水分子一同流过薄膜，因此很难进行有效的分离。想要用于盐的筛选，就需要更细密的“筛子”。

　　人类的需求，是科学探索的动力。研究人员对这些石墨烯薄膜进行了改进，发现了一种避免薄膜在水中膨胀的方法——利用环氧树脂在氧化石墨烯侧面“筑墙加固”，不仅有效地阻止了变形，还可以可精确控制薄膜的孔隙大小，阻挡盐分随水流过，水分子能通过这层屏障，据此过滤海水中盐分，将盐水变为淡水，脱盐应用十分理想。

　　小编要畅想一下，未来家里洗衣做饭的自来水，主要来自海水。海水淡化的过程，简单到只需在水龙头上安装一个净水设备，其内部装有更强大的功能化石墨烯类碳材料薄膜。

　　2.石墨烯类碳材料及其复合物——水处理中的优质吸附剂

　　在水处理中，石墨烯类碳材料除了利用其过滤的作用外，还有一个重要的作用，就是吸附。作为水处理吸附剂，可吸附三类污染物: 有机物，金属离子与无机阴离子。

　　石墨烯巨大的比表面积使它成为优质吸附剂。常见的石墨烯类碳材料除包括石墨烯和上述的氧化石墨烯外，还有还原氧化石墨烯。后两者的制备，常用石墨经氧化还原反应制得。

　　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，通过静电作用、氢键或π-π键与污染物结合，进而去除染料废水中有机污染物。例如，在去除亚甲基蓝(MB)过程中，主要是通过静电作用和π-π键起作用。其中静电作用是因为亚甲基蓝表面带正电，GO 表面带负电。

　　氧化石墨烯去除金属离子是由于氧化石墨烯表面的环氧基、羧基、羟基等含氧基团能与金属离子，尤其是多价的金属离子发生络合反应。

　　壳聚糖被认为是去除废水中重金属污染物最有前景的吸附剂之一，但其机械强度和物理稳定性欠佳，人们研究了增强壳聚糖的性能及吸附能力的方法。氧化石墨烯与壳聚糖等吸附剂结合，形成的复合结构，具有巨大的比表面积，可增强吸附性能，是新型石墨烯材料的研究方向。

　　例如：氧化石墨烯与壳聚糖、Fe3O4等磁性材料等结合形成复合材料，可增强材料的表面性能，进而提高吸附性能，备受关注。Fe3O4-壳聚糖-GO 复合物用于去除亚甲基蓝，该类复合材料环境友好、可降解、吸附迅速和易分离等特性是其优势所在。

　　刚才提到的还原氧化石墨烯( RGO)，对于阴离子染料的去除率高达95%。这是因为，还原后的氧化石墨烯将GO表面的羰基还原成了羟基，提高了其表面电势，C—OH和C—H键增多，去除特定结构染料分子的作用力主要通过氢键作用，对于某些阴离子的吸附能力反而更强。

　　3.石墨烯类碳材料+光催化材料=水处理中的光反应催化剂

　　石墨烯的复合材料可作为光催化剂对污染物进行光降解。这是由于石墨烯的化学结构使之具有较高的电子传输性能，在光电转化和光催化应用中，将石墨烯类碳材料与光催化材料结合，在水处理中可以发挥两种材料的协同效应。石墨烯类碳材料在复合材料中作为吸附剂、电子受体，有效增强了常见光催化材料对有机染料和重金属污染物的光降解效果。

　　TiO2 稳定、无污染，是最佳的光催化材料之一。 但由于光激发 TiO2 产生的电子-空穴对极易复合，而石墨烯独特的电子传输特性可以降低光生载流子的复合，提高 TiO2 光催化效率。例如TiO2 /GO复合物，用以处理亚甲基蓝。在紫外光和可见光下，吸附能力和光催化能力均有所提高。其原因是方面的协同作用，包括复合物比表面积的增大，染料分子和芳香环之间的 π-π 键作用以及亚甲基蓝与石墨烯材料表面的含氧基团的作用。在光学特性方面，氧化石墨烯的加入使得Ti—O—C键形成，降低了TiO2的能带间隙，也增强了对有机染料的光降解效果。

　　仁源水处理材料帮您总结

　　石墨烯类碳材料及其复合物在水处理领域应用、主要通过改进后石墨烯类碳材料本身的过滤作用，以及与其他功能性化合物复合，来增强材料在吸附、静电作用、磁性、电子传递及还原等方面的能力，进而去除水中的污染物。总之，石墨烯碳材料及其复合材料在水处理中易于分离、环境友好的性能具有广泛的应用前景，但大量、广泛地应用到水处理工程中仍需时日。

　　拓展思维：

　　石墨烯有望成为除霾神器

　　目前，一些防雾霾口罩大多靠静电原理吸附PM2.5。但当口鼻中呼出雾气较大时，静电作用就会减弱甚至消失，从而了防御PM2.5的效果降低。

　　此时，石墨烯超高的比表面积和较好的化学稳定性就派上用场了。传统的过滤材料目前难以制备出超小的孔径。与本文中氧化石墨烯复合材料类似，氧化石墨烯与传统滤材结合，就可获得高效除霾的氧化石墨烯基过滤材料。该滤材对PM2.5的去除纯属物理阻隔，因此不受水汽影响，具有长期的稳定性。

　　为了避免有缺陷的石墨烯骨架很薄而存在大量孔洞，组装成多孔滤膜就可解决这一问题，内部孔道交错纵横，即使孔径大于2.5微米时，依然能有效地截留PM2.5，而且呼吸阻力小，保证呼吸顺畅。

　　有缺陷的石墨烯尽管不完美，而科研人员却挖掘出它内在的潜质，使其华丽转身，在环保除污、保障人类健康方面大显身手。

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