氧化石墨烯对环境中重金属的作用

随着工业的快速发展，人类活动对水体和土壤环境的影响范围和强度不断增大，矿山开采、废气排放和污水灌溉等行为导致水体和土壤中的重金属含量严重超出安全标准。水体和土壤中的重金属最终会通过食物链进入人体，对人类健康造成巨大伤害。有很多鲜活的例子，日本富山县居民因摄入大量含Cd大米和鱼虾而患有骨痛病；中国广东省大宝山居民因重金属中毒而患癌症，因此急需对重金属污染的水体和土壤进行治理和修复。

目前报道了很多去除水体中重金属的方法，主要依据水体中重金属的浓度和经济成本对方法进行选择。常用的方法有氧化法、还原法、反渗透法、电化学法、沉淀法、膜过滤法、离子交换法和吸附法等。每一种方法均具有一定的单方面或多方面优势，但同时也具备不容忽略的劣势。沉淀法的操作简单，成本相对低廉，但是需要对产生的有害沉淀进行后处理，而且此方法对低浓度的重金属无效；膜过滤法具有高选择性、小的空间需求和低的压力需求等优势，但是该方法需要较高的成本维持膜的清洁度，而且过程复杂、处理量有限；离子交换法去除效率高，处理量大，处理过程快，但是再生树脂会造成二次污染而且树脂的成本较高；电渗析法选择性强，但是操作成本高，能源消耗大。光催化法可以同时去除金属和有机物，而且产生的副产物相对无害，但是操作时间较长，应用有一定的局限性；絮凝法对重金属的处理能力有限，需与其他方法相结合。相比之下，吸附法成本低，更加适合对水体中重金属的治理，而且吸附剂可以通过解吸附过程进行再生。碳材料如活性炭、生物炭、碳量子点及CNT等一直作为吸附剂被广泛研究，但是这些材料的吸附能力较低。CNT的本征吸附性能并不高，其吸附性能与纯度、孔隙率、种类等有很大关系。一般采用对CNT进行酸化氧化的方法来提升CNT的吸附性能。氧化改性的CNT对重金属的吸附性能结果如下：铅（PbⅡ）为82.6mg/g，镉（CdⅡ）为75.84mg/g，汞（HgⅡ）为81.57mg/g，铜（CuⅡ）为50.37mg/g，锌（ZnⅡ）为58mg/g，钴（CoⅡ）为69.63mg/g。由此可知吸附能力虽然有一定的提升，但是仍然不理想。(www.xing528.com)

石墨烯相当于将卷曲的一维CNT铺展成二维平面，比表面积大幅提高，对其进行氧化得到GO。GO含有大量的含氧官能团和巨大的表面积，对重金属有较高的吸附能力。近几年，GO的制备工艺逐渐成熟，成本低廉，产量高，为其作为吸附剂应用于环境治理奠定了基础。本章将重点介绍GO对水体中重金属的吸附作用及GO对土壤中重金属的作用。