納米復合材料在水污染檢測中的應用

李家淦 張少君 王明雨

摘 要：海洋經濟不斷為我國經濟發展提供動力支持的同時，海洋環境污染問題的解決也迫在眉睫。我國對水污染防治法中對"水污染"下了較為明確的定義，即為水體中由于某種物質的接入，從而致使化學、物理、生物以及多種放射性特征變化，因而對水體的有效作用加以改變，對人體的健康及生態環境造成破壞，此種致使水質惡化的情況簡稱水污染。本次研究針對在水體污染物中，如何將納米復合材料應用其中監測水體中的污染物，并且加以去除，旨在為水污染防治工作的開展，提供可參考依據。

關鍵詞：納米；復合材料；污染物檢測；去除

1引言

在近些年來的社會發展中，水環境保護問題始終是人類所關心的重要問題。當前工農業的發展速率不斷加快，環境問題更是逐步凸顯，同時隨著人們對所處的環境質量要求不斷提升，如何檢測和去除水體中的污染物成為水環境保護的關鍵[1]。石墨烯類碳材料及其復合物在水處理領域應用，以及與其他功能性化合物復合，來增強材料在吸附、靜電作用、磁性、電子傳遞及還原等方面的能力，為檢測、去除水中的污染物提供新方法[2-4]。

2石墨烯納米復合材料基本特性

石墨烯是一種僅僅存在1個碳原子厚度的二維納米材料，具備了獨特性的理化功能，97%的透明度、較優的柔韌性及機械化強度，以及良好的導電性能[5]。究其原因主要由于石墨烯的每一個碳原子都通過借助sp2的雜化方法，在σ鍵及其他的3個原子之間相連，從而構造了一個六邊形晶格。剩余的未成鍵π電子則能夠垂直于六邊形平面，從而形成大π鍵。在納米復合材料中的電子運動速率達到了光速的三百分之一，對電子在普通導體中的運動速率遠遠超出。處于室溫下的平面上電子的整體遷移率達到了200000cm2（V.S），將其賦予了較為優良的導電特性。諸如上述特點均能夠將石墨烯納米復合材料，更好的應用于污染物的檢測及去除中。

3 石墨烯納米復合材料的合成應用方法

3.1原位聚合法

在石墨烯納米復合材料運用原位聚合法的過程中，首先應當將經Hummer法所制成的氧化石墨烯[6]，能夠分散于液體中，進而加入既定量的引發劑，可以在輻射或者加熱作用下，引發劑引發了聚合反應。通過借助此種方法在有關研究中，合成了石墨烯/環氧樹脂復合材料，能夠顯著的應用于電磁干擾方面。并且此種方法在應用于有機染料的去除中，也同樣取得了顯著的污染物吸附去除效果。

3.2溶液共混聚合法

此種方法在應用過程中通常是將溶液體系作為生成基礎，在此種溶液體系中，包含了所需要溶解的聚合物，或者預聚合物以及膨脹的石墨烯。在石墨烯納米復合材料或者改性過后的復合材料，較為容易在水、氯仿、丙酮等溶劑中分散，之后聚合物會依附于石墨烯上，石墨烯的片材就會重新組裝，聚合物便會在片材上形成納米復合材料。此種方法能夠合成以環氧樹脂作為基礎性的納米材料，補償聚合物鏈的逐步減少，需要借助大量的溶劑分子基于填料中解吸得出。此種方法通常能夠合成無極性或者低級性的納米復合材料，但是通常此種殘余的溶劑往往較不容易被清除，會損壞復合材料的性能。

4石墨烯納米復合材料應用于污染物檢測及處理

通過將石墨烯復合材料對水體中的污染物去除，可以借助多種方式：其一就是借助吸附以及降解污染物形成小分子物質，主要較為適用于去除環境中的持久性有機污染物；其二就是通過將污染物從高價態逐步還原至低價態，此種方法通常處理具備毒性的高價態金屬離子。

4.1石墨烯納米復合材料去除有機污染物

石墨烯復合材料能夠在對有機污染物的去除過程中，產生尤為強大的吸附能力，此種方法主要作用于其本身較為巨大的表面體積，但是石墨烯本身的聚焦，通常也會對其吸附能力有所降低，由此需要盡可能的避免石墨烯那么材料層面的聚焦，達到最大化的吸附能力。磁性石墨烯的合成，則可以有效達到吸附能力的同時，克服層面聚焦情況的難題。

4.2石墨烯復合材料光降解有機污染物

通過使用石墨烯納米復合材料，能夠借助光降解方法有效去除有機污染物，石墨烯復合材料的光降解能力，相較單純光降解材料效果明顯有效。石墨烯的化學結構對其本身的電學性質加以決定，通過將其中的碳原子sp2的雜化方式，提供了較強的電子轉移能力，與此同時還能夠將石墨烯作為電子受體，更好的增強復合材料的光催化活性。再者納米顆粒的光催化性能通常會受到紫外光的響應而受限，但是石墨烯納米復合材料則具備了較高的透明度，因此有效的增強了光能力，對光頻譜的復合材料影響范圍加以拓寬。同時在光催化的過程中，石墨烯能夠與光催化劑所形成復合材料，增強對水體污染物的吸附性能。

4.3石墨烯復合材料去除重金屬離子

對于石油污染物中所存在的諸多有毒重金屬離子，在去除過程中針對石墨烯納米復合材料的處理研究相對較多。由于在世界各地的石油污染物及水體污染物中都較為嚴重，尤其是在我國為主的亞洲地區。通過將TiO2羥基與石墨烯酸的羧基產生酯化反應，通過將TiO2的納米顆粒依附于石墨烯薄片之上，能夠有效增強整體的復合材料光催化性能，并且有效降低了Cr離子毒性。通過借助微博合成系統可以成功植被CdS還原氧化石墨烯，具備較強的光催化還原性能，明顯提升了純CsS的79%。

5結語

石墨烯納米復合材料主要是由sp2雜化碳原子所形成的僅僅存在1個碳原子厚度的二維材料，能夠在運用過程中產生較好的力學性能，具備優良的透明性、導電性。石墨烯基于純凈的石墨中所制，具體的制備方法包括多種。氧化石墨烯則是在石墨烯的基礎之上改良所得，能夠在改性的基礎之上合成眾多石墨烯納米復合材料，此種復合材料能夠憑借石墨烯本身巨大的表面積特點，產生超強的污染物吸附能力，以及重金屬離子能力，此種復合有效增強了物質的光催化降解能力。現階段石墨烯納米復合材料，更是由于其具備了較為獨特的理化特性，引發了更多環境研究者的廣泛關注。隨著有關研究的逐步開發，納米復合材料在污染物的檢測去除中起到尤為重要的作用。

參考文獻：

[1]劉彥靜，曾小兵，代朝猛等.石墨烯納米復合材料在水處理中的應用研究進展[J].材料導報，2013，27（7）：127-130.

[2]周耀渝.基于多孔碳材料的水體污染物檢測及去除新方法研究[D].湖南大學，2016，3.

[3]孔麗蓉.功能納米復合材料的制備與性質研究[D].吉林大學，2012，5.

[4]宋英攀，馮苗，詹紅兵.石墨烯納米復合材料在電化學生物傳感器中的應用[J].化學進展， 2012，24（9）：1665-1673.

[5]阮長平，艾可龍，逯樂慧等.耐酸性的磁性納米復合材料去除水中有機污染物[J].分析化學，2016，44（2）：224-231.

[6]陳楷航，韓國程，王小英，等.殼聚糖基無機納米復合材料的綠色構建及其對食品污染物的痕量檢測[C]// 中國食品科學技術學會中美食品業高層論壇.2015.

作者簡介：

李家淦（1986.10-），男，講師，研究生學歷，海洋防污染 。

基金號：校基金Z201623