石墨烯及其復合材料對水中重金屬離子Pb2+的吸附性能研究進展
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摘 要：石墨烯的片層結構具有很大的比表面積、化學熱穩定性好等特點，本文簡單綜述了石墨烯及其改性復合材料的制備及對水體中二價鉛離子的吸附性能研究情況，并對其發展前景做了展望。
自2004年石墨烯被發現以來，其優異的電學、光學、力學特性等優點被研究者應用到各個領域，因此科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫獲得了 2010 年的諾貝爾物理學獎。重金屬Pb2+ 離子，對人體神經產生很大危害，對兒童智力發育影響尤其嚴重，故本文主要總結了石墨烯及其復合材料對水中重金屬離子Pb2+的吸附應用。
1.石墨烯及其復合材料制備
對石墨烯材料的制備目前主要有傳統的機械剝離法，此法簡單，但產量低;除此之外，還有化學沉積法，氧化還原法等。對石墨烯復合材料的制備有溶膠-凝膠法、化學還原法等。
2.石墨烯及其復合材料對Pb2+吸附研究
石墨烯表面含有羰基、羥基，羧基等基團，使得它具有良好的親水性，并可以和金屬離子發生作用，從而達到分離水中的重金屬離子。水體中有害重金屬離子很多，本文只討論對Pb2+吸附研究情況。
王波等[1]通過氧化還原法制備了氧化石墨烯并對 Pb2+的吸附性能進行了考察，測得在室溫時對Pb2+靜態飽和吸附質量比為 396.6 mg/g 。
Li等[2]利用化學氣相沉積法制備出三維石墨烯宏觀體，三維石墨烯不僅具有高的機械性、強的導電性和大的比表面積，研究發現其對Pb2+有很強的吸附能力，其吸附容量為882mg/g。
柴靜等[3]用乙酰丙酮還原氧化石墨烯得到石墨烯，對 Pb2+ 進行了吸附性能測試，最大吸附量為 105.4mg/g，原因在于石墨烯的大的比表面積及乙酰丙酮分子對 Pb2+ 離子的強絡合能力。
Hao 等[4]通過溶膠-凝膠法合成了石墨烯/SiO2 納米復合物材料，發現該復合材料水體中 Pb2+高度的選擇性吸附性能。實驗結果表明，此復合材料Pb2+的最大吸附量為 113.6 mg/g。原因在于石墨烯摻雜分散了納米二氧化硅，提高了比表面積，金屬離子 Pb2+與表面帶負電的復合材料通過靜電作用吸附到表面。
Madadrang等[5]利用硅烷化反應制備了GO/EDTA，由于具備強絡合能力的EDTA引入，實驗結果表明在pH值為6.8時復合材料對Pb2+的飽和吸附量高達479mg/g，吸附時間為20min。
Lee等[6]將二氧化鈦前驅體先分散在異丙醇中，再與用溶有氧化石墨烯的溶液混合，通過水熱法制備了氧化石墨烯/二氧化鈦復合材料，該復合材料對重金屬離子Pb2+的飽和吸附量可達65.6mg/g。
殼聚糖由于具有親水性、無毒性、生物相容性等特征，是一種常用的生物吸附劑。He[7]用冷凍干燥法制備了氧化石墨烯/殼聚糖。當氧化石墨烯在復合材料中的質量分數為5%時，復合材料對Pb2+的飽和吸附量達99mg/g。Liu等[8]將氧化石墨烯/殼聚糖應用于水中Pb2+的去除，發現 GO 質量分數同樣為5%的復合材料吸附效果最好，對Pb2+的飽和吸附量可達216.9mg/g 。復合材料吸附量增加的原因在于氧化石墨烯的引入增加了表面積。
Musico等[9]研制出聚（N-乙烯基咔唑）/氧化石墨烯，對污水中 Pb2+的去除進行了研究。結果表明， 該復合材料對Pb2+的吸附性受 pH值變化的影響，高pH值的環境有利于吸附過程的進行。當pH值為7時，N-乙烯基咔唑單體與氧化石墨烯質量比例為1：9，反應90min后， 制備所得復合材料對Pb2+的最大吸附容量可達887.98mg/g 。
趙陽等[10]制備了功能化氧化石墨烯/纖維素復合材料，結果發現其對鉛離子具有優異的吸附性能，吸附最大量可達到105mg/g。
3.結束語
石墨烯產業雖然取得了一定的成績，但石墨烯的應用成本相對較高，且石墨烯材料的再生研究有待進一步完善。因此石墨烯復合材料成本的降低和高效循環使用技術， 仍然是推廣石墨烯材料在水處理領域中應用迫切要解決的問題。
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