淺談氧化石墨烯復合材料在有機污染物處理中的研究應用

龍倩 文艷清 張友玉 李海濤

摘 要：近年，我國對于氧化石墨烯復合材料的制備及其應用的研究日趨增多，在此基礎上本文綜述了近年來氧化石墨烯復合材料的研究進展，側重介紹材料常用制備類型及其在有機污染物處理中的情況，并根據發展現狀分析目前研究中存在問題及其今后的研究方向。

關鍵詞：氧化石墨烯復合材料；有機污染物；研究現狀

近年來，隨著經濟和工業的快速發展，環境問題也變的日益嚴重，尤其是環境中的鹵代芳香烴類、芳香族胺類、染料類等的污染引起了人們的廣泛關注。[1]研究表明，這些污染物具有強致突變、致癌性，嚴重影響著人類健康。且在環境中不易被降解消除而持久性存在。

氧化石墨烯表面富含多種活性含氧基團，可以在吸附過程中提供更多有效的活性位點，因此是一種具有很大潛力的吸附劑。氧化石墨烯因為其表面含有羧基、羥基、羰基以及環氧基等基團，通過一定的方法將一些化學物質通過基團嫁接在氧化石墨烯的表面，形成新的功能化氧化石墨烯復合材料，滿足一些特定的需求，應用于環境檢測與分析研究。[2]

本文將對氧化石墨烯復合材料的研究進行綜述，著重對其制備類型、在有機污染物處理中的應用等方面進行介紹，并根據現狀分析目前研究中尚存在的問題，及對今后的研究工作提出一些建議。

一、氧化石墨烯復合材料常見制備類型

（一）聚合物類氧化石墨烯載體的復合材料

制備類型有氧化石墨烯/聚L-乳酸（PLLA）類復合材料、氧化石墨烯/聚ε-己內酯（PCL）類復合材料、氧化石墨烯/玻璃纖維類復合材料、氧化石墨烯/水泥復合材料等。目前，許多學術研究者對氧化石墨烯-聚合物類復合材料的材料特性及實際運用性能進行了研究。

（二）無機物類氧化石墨烯載體的復合材料

到目前為止，此類材料主要集中在金屬單質類氧化石墨烯復合材料如納米銀-氧化石墨烯復合材料、納米金-氧化石墨烯復合材料，金屬氧化物類氧化石墨烯復合材料如MnO2-氧化石墨烯、ZnO-氧化石墨烯、TiO2-氧化石墨烯復合材料，陶瓷類氧化石墨烯復合材料如SiO2-氧化石墨烯復合材料的研究上。

（三）吸附、光降解類氧化石墨烯載體的復合材料

氧化石墨烯材料表面富含多種活性基團，如羧基、羥基、羰基以及環氧基等基團，該特性使其擁有超大比表面積。氧化石墨烯復合材料優異的比表面積使其具有良好的吸附性能。常見制備類型有Fe3O4磁性-氧化石墨烯復合材料、殼聚糖-氧化石墨烯復合材料、薄膜類-氧化石墨烯復合材料、TiO2-氧化石墨烯等。

二、氧化石墨烯復合材料在有機污染物吸附與檢測中的運用

常見有機污染物來源于化工、制衣、造紙、涂料等工業領域，許多有機污染物對動植物有害且不易被降解，甚至會引起癌癥或基因突變。污染處理技術中的吸附技術以其工藝簡單、成本低廉和處理高效等而備受青睞。

吳珂琦等[3]等利用改進Hummers法制備氧化石墨烯材料（GO），以GO為載體，通過溶膠混合法成功制備TiO2/GO復合催化劑，探究TiO2/GO復合催化劑的濃度對羅丹明B（RB）模擬廢水吸附性能以及光催化性能兩種性能的影響。研究表明，在紫外吸光度554 nm處羅丹明B溶液的脫色率和總有機碳（TOC）去除率分別達到99%以上和 66.72%。

張秀蓉等[4]采用改進Hummers法合成氧化石墨烯材料（GO），采用GO為載體的情況下運用化學共沉淀法，成功合成磁性氧化石墨烯復合材料（MGO）。作者采用MGO復合材料用作吸附劑，探究該材料對水中陰離子染料，以剛果紅為例的吸附作用。研究發現，MGO復合材料對水中剛果紅具有很強的吸附作用，吸附容量可達287.6 mg/g。

綜上所述，由于氧化石墨烯具有電子遷移率高、比表面積大、表面含氧官能團豐富等優異特質，使復合材料在有機染料的吸附光催化降解領域表現出非常優異的性能。

三、結論

氧化石墨烯類材料廣泛運用于各個領域，表面改性形成具有潛在應用前景的復合材料，成為當前研究重點。在有機染料的吸附光催化降解及有機污染物檢測和分析方面顯示出巨大的潛力。但是還是存在一些問題：（1）在應用過程中，制備的復合材料本身是否對環境造成污染，需要進一步研究明確；（2）相關研究還停留在實驗室以處理模擬廢水中有機污染物為主，與處理實際有機污染物過程中會出現差異，環境中其他有機污染物如芳香烴類、多環芳香烴、鹵代芳香烴類等的研究還比較少，應加強對實際環境中有機污染物的研究，加強其產業化研究，為實現實際環境樣品檢測進一步明確相關參數；（3）還需要研究制備成本低、吸附效率高、無污染的氧化石墨烯復合材料。

參考文獻：

[1]包貞，潘志彥，楊 曄，俞尚清.環境中多環芳烴的分布及降解[J].浙江工業大學學報，2003，31（5）：528-533.

[2]陳麗東，劉錦欣，黃曄，等.ZnO-石墨烯復合材料光催化降解污染物研究進展[J].工業水處理，2015，35（9）：17-10.

[3]吳珂琦，王旭東，張亞.納米二氧化鈦/氧化石墨烯的制備及對水中污染物的去除性能研究[J].化學世界，2018，59（2）：120-128.

[4]張秀蓉，龔繼來，曾光明，鄧久華.磁性氧化石墨烯制備及去除水中剛果紅的研究[J].中國環境科學，2013，33（8）：1379-1385.

資助項目：湖南安全技術職業學院2017年度立項課題應用技術一般資助（No.AY17B007）；湖南師范大學化學生物學及中藥分析教育部重點實驗室開放基金（No.KLCBTCMR18-09）

作者簡介：龍倩（1990-），女，碩士，主要研究方向：化學及生物傳感，環境檢測及職業衛生。