氧化石墨烯控制重金屬污染：解決舊問題的新材料

氧化石墨烯控制重金屬污染：解決舊問題的新材料

雖然這種嘲諷被夸大了，但它生動地表達了中國人民對重金屬污染的關注：2005年北江鎘污染，2006年湖南岳陽砷污染，2010年福建紫金礦業嚴重污染，2年廣西河池市鎘污染。012.重大水污染事件報警，已發出水資源保護警報。重金屬污染土壤問題也給糧食安全生產帶來了嚴重問題，為有效控制水資源中重金屬污染提出了更高的標準。

目前，水資源中重金屬的處理多采用活性炭、沸石和交換樹脂，而低成本活性炭和沸石的吸附能力較差，樹脂和碳纖維的吸附能力強，價格昂貴，科技日報記者近日從Lite納米技術有限公司獲悉，目前，水資源中重金屬的處理主要采用活性炭、沸石和交換樹脂。公司1000人計劃由海外專家侯世峰博士自主研發新型石墨烯氧化物材料，有效解決了吸附能力與成本之間的矛盾。

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出來的單層碳原子表面材料，實際上是一種二維的碳結構。石墨烯早已不為人所知：2010年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃索洛夫因在石墨材料上的開創性實驗而獲得諾貝爾物理學獎。二維石墨烯材料，使石墨烯出名。

石墨烯雖然在它的首次亮相較晚，但有很多起源。它有一些世界上最偉大的性能：世界上最薄的材料，世界上最強的材料，世界上最好的導電材料。

近年來，石墨烯材料因其優異的吸附性能而成為水處理劑的新用途，2012年初，安德烈·海姆教授發現石墨烯氧化膜可以屏蔽除水以外的所有分子。洛克希德馬丁公司在基于石墨烯材料的海水淡化設備的開發上投入了巨資。石墨烯材料有望在海水凈化和污水處理中發揮重要作用。目前，美國等國家在這方面取得了很大進展，針對我國重金屬污染物的現狀和存在的問題，侯世峰博士自主開發了一種新型的氧化石墨烯環境重金屬處理材料，也是世界上第一種。

氧化石墨烯是由天然石墨制備的類似于碳納米管的碳納米材料，侯世峰告訴《科技日報》，與活性炭、碳納米管和石墨烯材料對低濃度含鉛廢水的吸附能力相比，氧化石墨烯可吸附高達800毫克/克的鉛、粘液。h高于活性炭60-120mg/g，同時氧化石墨烯具有較強的再生能力，重復吸附/洗脫循環后的吸附能力僅下降5-10%。

為什么氧化石墨烯對重金屬有如此強的吸附能力有兩個原因：第一，氧化石墨烯是一種二維結構的單原子層厚度納米材料，其比表面積理論上可以達到2600平方米/克，是所有碳納米材料中最大的；第二，在氧化石墨烯的制備過程中，有大量的活性基團，如羧基、鈣離子等。氧化石墨烯表面形成羰基、羥基和環氧基，因此，氧化石墨烯具有優良吸附劑所需的最基本元素：足夠大的比表面積和足夠高的表面官能團密度。

侯世峰介紹，使用氧化石墨烯材料，可以將鉛酸蓄電池行業含鉛廢水的濃度從100-1000 ppb降低到1-10 ppb，鉛回收率提高到95-99%，鉛環境排放總量比現有技術減少90%，記者了解到結果可有效推廣到鎘、鎳、砷、銅、鉻、放射性元素等重金屬污染體系，具有相當的經濟效益和社會效益。

侯世峰告訴記者，利用氧化石墨烯納米材料對水中有毒重金屬的吸附機理，從重金屬與氧化石墨烯官能團的相互作用機理、氧化石墨烯表面結構對吸附能力、吸附性能的影響等方面，可以有效地定制技術設計。n氧化石墨烯的動力學和機理，吸附和解吸特性。氧化石墨烯的吸附特性。

以目前成熟的Lite納米材料技術有限公司氧化石墨烯功能化技術為例，通過功能化反應在氧化石墨烯表面引入官能團。與樹脂、活性炭、碳納米管等碳納米材料結合的這些基團對重金屬有良好的吸附性能，對鉛、鎳、銅等重金屬離子的吸附性能有顯著提高，去除能力強。

隨著表面特定基團的引入和表面分子水平的設計，氧化石墨烯材料的吸附特性將進一步提高，這可以有效地處理水污染事件中的特定問題。記者了解到，升級后的氧化石墨烯材料大大提高了快速吸附的能力。在金屬離子特性上（吸附飽和可在20分鐘內完成），有效地解決了重金屬污染突發事件所需的快速處理問題，而且這些吸附劑材料在重金屬洗脫后可重復使用，其總體經濟成本可低于傳統沉淀法。n方法與傳統的碳基吸附材料相結合，解決了操作成本高的問題，更重要的是，洗脫后吸附的重金屬100%可以完全回收，從而徹底解決了重金屬泄漏處理后的二次污染問題。

也許你會認為這種功能強大的新材料絕對是昂貴的，但它們不是。侯世峰告訴記者，這也是大家一直懷疑的地方。事實上，雖然優質石墨烯的價格昂貴，但其制備功能性氧化石墨烯納米顆粒的成本與螯合樹脂相當，但吸附能力要高出2-5倍以上，綜合運行成本仍具有競爭力和可接受性。

高性價比為石墨烯氧化物材料的市場推廣提供了一種敲門磚，現正計劃與需要處理重金屬污染的企業合作，建立先進的石墨烯氧化物標準材料處理系統和示范裝置，實現無毒排放，并進一步推廣。開發實用系統，同時開發重金屬污染土壤修復技術，侯世峰對記者說。

作為我國石墨烯及其相關材料制備和應用市場化發展的先驅，Lite納米產品包括石墨烯氧化物的制備和相關的市場化發展，侯世峰雖然在某些領域取得了進展，但他非常清楚，作為一個新興產業，工業化中國石墨烯的氮始于2011年初。目前，石墨烯生產存在成本高、技術不成熟、產品不穩定等問題。提高技術水平，實現優質石墨烯的大規模、低成本生產，才能真正促進石墨生產，實現烯烴工業的可持續發展。

質量可控的石墨烯對其后續應用具有重要意義。石墨烯的層數、純度、尺寸、厚度和缺陷都會影響其性能，例如，石墨烯片的細微差別對其電子和光學性能的影響是不同的，侯世峰說：Lite納米的思想是首先解決石墨烯產品均勻控制等主要問題，以及在此基礎上充分發揮其實際應用潛力。

侯世峰告訴記者，Lite納米材料有限公司一直在探索高通量、多層次和跨尺度集成設計、高效制備和表征材料的新方法和技術，開發復合材料、能源和環境的石墨烯設計數據平臺，以實現精確的控制。石墨烯材料的組成、結構和性能。綠色無污染石墨烯制備技術的發展，可以實現環境友好、污染低、能耗低、收率高的石墨烯工業化生產；原石墨烯能源材料及復合材料的設計材料；開發用于環境污染的重金屬處理材料；開發創新和有前景的新型石墨烯材料。

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